Standardní model obstál, vzácný rozpad kaonu přesně odpovídá předpovědi

Zařízení pro experiment NA62 v CERNu. Kredit: CERN

Standardní model obstál, vzácný rozpad kaonu přesně odpovídá předpovědi

Spolupráce NA62 v CERNu výrazně snížila nejistotu ve svých měřeních extrémně vzácného rozpadu částic.

Studium vzácných rozpadů dává fyzikům možnost ověřovat Standardní model (částicové fyziky). Vědci mohou určit podíl rozpadu (větvící poměr, branching ratio), který popisuje, kolik částic se rozpadá prostřednictvím konkrétního procesu jako podíl z celkového počtu rozpadů, k nimž dochází.

Událost, kterou studoval projekt NA62 – rozpad kladně nabitého kaonu na kladně nabitý pion a pár neutrino–antineutrino (reakce K+→π+νν; poznámka: plusy s horním indexem) – lze teoreticky předpovědět s velmi vysokou přesností. Díky této „teoretické čistotě“ je tento konkrétní rozpad kaonu extrémně citlivý na eventuálně existující novou fyziku mimo Standardní model. Jenže rozpadový podíl menší než jedna k 10 miliardám současně znamená, že tato událost je extrémně vzácná a její pozorování velmi náročné.

Experiment NA62 byl navržen tak, aby podrobně studoval proces K+→π+νν. Proto produkuje velké množství kaonů a z tohoto důvodu se mu také někdy říká „kaonová továrna“. Kaony jsou vytvářeny vystřelováním vysoce intenzivního paprsku protonů ze Super Proton Synchrotronu na beryliový terč. Tím se každou sekundu vytvoří téměř miliarda částic, z nichž asi 6 % jsou kaony – a jejich produkty rozpadu lze pomocí detektorů NA62 podrobně studovat.

V roce 2024 spolupráce NA62 oznámila, že tento proces pozorovala se statistickou významností pěti standardních odchylek, což je v částicové fyzice standard, respektive pro uznání nového objevu. Nyní vědci zahrnuli do svých analýz i data zaznamenaná v letech 2023–2024 a použili vylepšené techniky analýzy dat založené na nejmodernějších algoritmech strojového učení.

Výsledky v kombinaci s předchozími daty získanými od začátku experimentu významně zpřesnily pochopení ultra vzácného rozpadu kaonů. S kompletním souborem dat získali vědci z projektu NA62 aktualizovanou hodnotu podílu rozpadů K+→π+νν (v podobě 9,6 na 1,9 1,8 × 10 na −11, už zápis v původní tiskové zprávě je nějak zkomolený; přitom chybí odkaz na abstrakt/publikaci, kde by se mohlo dát dohledat, protože výsledky byly prozatím prezentovány na konferenci) s nejistotou o 40 % menší než dříve.

S přesností současného výsledku se zdá, že rozpad kaonu probíhá tak, jak předpovídá teorie, a tím klade silné omezení na novou fyziku nad rámec Standardního modelu.

„Tento zátěžový test Standardního modelu je pozoruhodný vzhledem k extrémní vzácnosti a teoretické čistotě procesu, který jsme zkoumali,“ řekl mluvčí spolupráce NA62 Giuseppe Ruggiero. „Opět jsme prokázali, že Standardní model má neuvěřitelnou předpovědní sílu.“