Vědci v CERNu zaznamenali extrémně vzácný rozpad částice, který se objeví jednou za 10 miliard případů

Vědci z Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) dosáhli významného pokroku v porozumění jednomu z nejvzácnějších známých procesů v částicové fyzice. Díky experimentu NA62 se jim podařilo s nebývalou přesností studovat rozpad kaonu, který se odehrává pouze jednou v přibližně deseti miliardách případů.

Zkoumání vzácných rozpadů kaonů

Mezinárodní kolaborace NA62, složená z 33 institucí ze 16 zemí, se zaměřuje na studium rozpadů částic složených ze zvláštních kvarků, známých jako kaony. Kaony, třetí nejlehčí ze všech kvarků, jsou krátkodobé částice vznikající při vysokoenergetických srážkách. Nové výsledky kolaborace výrazně snížily nejistotu v měření tohoto mimořádně vzácného rozpadu.

„Toto je nejcitlivější datový soubor, který jsme dosud analyzovali,“ uvedl Joel Swallow, vedoucí analytik dat v CERNu. „Skutečnost, že můžeme s takovou jasností a přesností pozorovat a měřit něco tak vzácného a nepolapitelného, je z technologického hlediska obrovským úspěchem.“

Detekce nepolapitelných částic

Tým se zaměřil na extrémně vzácný proces, při kterém se kladně nabitý kaon rozpadá na pion a pár neutrino-antineutrino (K+→π+νν). Vzhledem k tomu, že neutrina interagují s hmotou jen velmi slabě a mohou detektor opustit bez zanechání stopy, vyžaduje detekce tohoto rozpadu obrovské množství dat a vysoce přesné detektory. Vědci proto musí rozpad rekonstruovat nepřímo, pečlivou analýzou pohybu a energie zbývajících částic.

Nové poznatky a potvrzení teorií

Výzkumníci zjistili, že tento rozpad nastává přibližně jednou za 10 miliard kaonových událostí. Aby izolovali několik kandidátských událostí z miliard běžných interakcí částic, museli analyzovat obrovské objemy srážkových dat. Experiment generoval intenzivní proud kaonů, což mu vyneslo přezdívku „kaonová továrna“. Kaony vznikají srážkou vysokoenergetického protonového svazku ze Super Proton Synchrotronu s berylliovým terčem, přičemž vzniká téměř miliarda částic za sekundu, z nichž asi šest procent tvoří kaony.

Výzkumníci pozorovali tento proces s pěti standardními odchylkami statistické významnosti v roce 2024. Po přidání dat z let 2023 a 2024 a aplikaci vylepšených technik strojového učení tým dále zpřesnil své porozumění tomuto kaonovému rozpadu. Jejich nové měření je přibližně o 40 procent přesnější než dřívější odhady a odpovídá teoretickým předpovědím. Toto zjištění zároveň omezuje možnosti existence fyziky mimo Standardní model, který popisuje interakce základních stavebních bloků hmoty.

„Tento zátěžový test Standardního modelu je pozoruhodný vzhledem k extrémní vzácnosti a teoretické čistotě zkoumaného procesu,“ uvedl Giuseppe Ruggiero, mluvčí NA62. „Znovu jsme prokázali, že naše současná vedoucí teorie přírody má neuvěřitelnou prediktivní sílu.“ Výsledky kolaborace NA62 byly prezentovány na konferenci v La Thuile v roce 2026.