Από τότε που ξεκίνησε τη δεύτερη επιχειρησιακή του πορεία το 2015, το Large Hadron Collider έκανε αρκετά ενδιαφέροντα πράγματα. Για παράδειγμα, από το 2016, οι ερευνητές του CERN άρχισαν να χρησιμοποιούν το collide για να πραγματοποιήσουν το πείραμα ομορφιάς Large Hadron Collider (LHCb). Αυτή η έρευνα επιδιώκει να προσδιορίσει τι είναι αυτό που συνέβη μετά το Big Bang, ώστε η ύλη να μπορέσει να επιβιώσει και να δημιουργήσει το Σύμπαν που γνωρίζουμε σήμερα.
Τους τελευταίους μήνες, το πείραμα απέδωσε μερικά εντυπωσιακά αποτελέσματα, όπως η μέτρηση μιας πολύ σπάνιας μορφής αποσύνθεσης σωματιδίων και η απόδειξη μιας νέας εκδήλωσης ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης. Και πιο πρόσφατα, οι ερευνητές πίσω από το LHCb ανακοίνωσαν την ανακάλυψη ενός νέου συστήματος πέντε σωματιδίων, όλα τα οποία παρατηρήθηκαν σε μία μόνο ανάλυση.
Σύμφωνα με το ερευνητικό έγγραφο, το οποίο εμφανίστηκε στο arXiv στις 14 Μαρτίου 2017, τα σωματίδια που εντοπίστηκαν ήταν ενθουσιασμένες καταστάσεις αυτού που είναι γνωστό ως "Omega-c-zero" baryon. Όπως και άλλα σωματίδια του είδους του, το Omega-c-zero αποτελείται από τρία κουάρκ - δύο από τα οποία είναι "παράξενα" ενώ το τρίτο είναι ένα "γοητευτικό" κουάρκ. Η ύπαρξη αυτού του baryon επιβεβαιώθηκε το 1994. Έκτοτε, οι ερευνητές του CERN προσπάθησαν να προσδιορίσουν εάν υπήρχαν βαρύτερες εκδόσεις.
Και τώρα, χάρη στο πείραμα LHCb, φαίνεται ότι τα έχουν βρει. Το κλειδί ήταν να εξεταστούν οι τροχιές και η ενέργεια που απομένει στον ανιχνευτή από σωματίδια στην τελική τους διαμόρφωση και να εντοπιστούν πίσω στην αρχική τους κατάσταση. Βασικά, τα σωματίδια Ωμέγα-c-μηδέν αποσυντίθενται μέσω της ισχυρής δύναμης σε έναν άλλο τύπο βαρυονίου (Xi-c-plus) και στη συνέχεια μέσω της αδύναμης δύναμης σε πρωτόνια, καόνια και πιόνια.
Από αυτό, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν ότι αυτό που έβλεπαν ήταν σωματίδια Ωμέγα-c-μηδέν σε διαφορετικές ενεργειακές καταστάσεις (δηλ. Διαφορετικών μεγεθών και μαζών). Εκφραζόμενα σε megaelectronvolts (MeV), αυτά τα σωματίδια έχουν μάζες 3000, 3050, 3066, 3090 και 3119 MeV, αντίστοιχα. Αυτή η ανακάλυψη ήταν μάλλον μοναδική, καθώς περιελάμβανε ταυτόχρονα την ανίχνευση πέντε υψηλότερων ενεργειακών καταστάσεων ενός σωματιδίου.
Αυτό έγινε εφικτό χάρη στις εξειδικευμένες δυνατότητες του ανιχνευτή LHCb και του μεγάλου συνόλου δεδομένων που συσσωρεύτηκε από την πρώτη και τη δεύτερη εκτέλεση του LHC - η οποία έτρεξε από το 2009 έως το 2013 και από το 2015, αντίστοιχα. Οπλισμένοι με τον σωστό εξοπλισμό και εμπειρία, οι ερευνητές μπόρεσαν να αναγνωρίσουν τα σωματίδια με συντριπτικό επίπεδο βεβαιότητας, αποκλείοντας την πιθανότητα ότι ήταν μια στατιστική αναταραχή στα δεδομένα.
Η ανακάλυψη αναμένεται επίσης να ρίξει φως σε μερικά από τα βαθύτερα μυστήρια των υποατομικών σωματιδίων, όπως το πώς τα τρία συστατικά κουάρκ συνδέονται μέσα σε ένα βαρύωνα από την «ισχυρή δύναμη» - δηλαδή τη θεμελιώδη δύναμη που είναι υπεύθυνη για τη συγκράτηση των εσωτερικών μερών των ατόμων . Ένα άλλο μυστήριο που θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση του συσχετισμού μεταξύ διαφορετικών καταστάσεων κουάρκ.
Όπως εξήγησε ο Δρ Greig Cowan - ερευνητής από το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου που εργάζεται στο πείραμα LHCb στο Cern's LHC - σε συνέντευξή του στο BBC:
«Αυτή είναι μια εντυπωσιακή ανακάλυψη που θα ρίξει φως στο πώς συνδέονται τα κουάρκ. Μπορεί να έχει επιπτώσεις όχι μόνο στην καλύτερη κατανόηση των πρωτονίων και των νετρονίων, αλλά και σε πιο εξωτικές καταστάσεις πολλαπλών κουάρκ, όπως τα πεντακουάρκ και τα τετρακουάρκ.“
Το επόμενο βήμα θα είναι ο προσδιορισμός των κβαντικών αριθμών αυτών των νέων σωματιδίων (οι αριθμοί που χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση των ιδιοτήτων ενός συγκεκριμένου σωματιδίου) καθώς και ο προσδιορισμός της θεωρητικής τους σημασίας. Από τότε που κυκλοφόρησε στο Διαδίκτυο, το LHC βοήθησε να επιβεβαιώσει το πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων, καθώς και να φτάσει πέρα από αυτό για να διερευνήσει τα μεγαλύτερα άγνωστα για το πώς έγινε το Σύμπαν και πώς ταιριάζουν οι θεμελιώδεις δυνάμεις που το διέπουν.
Στο τέλος, η ανακάλυψη αυτών των πέντε νέων σωματιδίων θα μπορούσε να είναι ένα κρίσιμο βήμα προς την κατεύθυνση μιας Θεωρίας των πάντων (ToE), ή απλά ένα άλλο κομμάτι στο πολύ μεγάλο παζλ που είναι η ύπαρξή μας. Μείνετε συντονισμένοι για να δείτε ποιο!
