فیزیکدانانی که در حال کار روی آزمایش LHCb در آزمایشگاه فیزیک سرن هستند، بهترین مدرک را برای نقض بار-پاریته(CP) در مزون های افسون(charm) گزارش کرده اند. مت کارلوس(Mat Charlos) از دانشگاه آکسفورد که در گردهمایی فیزیک برخورددهنده بزرگ در پاریس صحبت می کرد، تحلیلی از داده های برخورد را ارایه کرد که نقض بیش از انتظار CP را در واپاشی مزون های افسون و پادافسون پیشنهاد می دهد. در حالی که داده های بیشتری برای تایید نتیجه نیاز است، این کار می تواند اشاره به فیزیک جدیدی ورای مدل استاندارد داشته باشدا و به فیزیکدانان کمک کند تا بفهمند چرا در جهان، ماده بیشتر از پادماده وجود دارد.

یکی از آزمایش های کوچکتر در برخوردهنده بزرگ هادرون(LHC)، LHCb است که برای مطالعه فیزیک مزون های B طراحی شده است؛ ذراتی که حاوی یک کوارک پایین یا یک کوارک پادپایین هستند. هرچند، هنگامی که پروتون ها در LHC برخورد می کنند، دیگر مزون ها همانند D⁰-یک کوارک افسون و یک کوارک پادبالا- را نیز تولید می کنند. در آخرین تحلیل، فیزیکدانان LHCb به واپاشی D⁰ به زوج های کائون/پادکائون یا پایون/پادپایون نگاه کردند.

نقض CP به فرایندی اطلاق می گردد که تقارن CP رخ نمی دهد. تقارن CP می گوید، فرایندی که شامل یک ذره است و فرایندی که شامل عکس آینه ای از پاد ذره آن است، یکی هستند.  یعنی ذرات D⁰ و پاد D⁰، باید دقیقا با یک آهنگ، واپاشی کنند که می توان آن را با ساخت ذرات و مشاهده واپاشی آن ها آزمود. چنین آزمونی می تواند نقض «مستقیم» CP را آشکار کند  که در کائون ها و مزون های B دیده شده است. بر عکس، نقش «غیرمستقیم» CP که اولین بار در سال 1964 دیده شد، شامل مزون های خنثی است که به پادذراتشان تبدیل می شوند.

سروکار داشتن با تقارن ها

یکی از چالش های آزمودن نقض CP  در LHC این است که در برخوردهای پروتون-پروتون، پادذره D⁰ در حدود 1%  بیشتر از ذره D⁰ تولید می شود و این تقارن را باید هنگام جستجوی نقض CP در نظر گرفت. خوشبختانه، فیزیکیدانان LHCb راهی هوشمندانه برای دور زدن این مسئله یافته اند. آن ها عدم تقارن در واپاشی D⁰ و پاد D⁰ را به جفت های کائون/پادکائون و عدم تقارن این مزون های D را به واپاشی جفت های پایون/پادپایون اندازه می گیرند. سپس آن ها را از هم کم می کنند که عدم تقارن تولید را حذف می کند و تقارن ناشی از نقض CP را بهتر می کند.

چارلز در پاریس، تحلیلی از حدود نیمی از داده های جمع شده تاکنون را گزارش کرد که میزان عدم تقارن %0.82-   را با عدم قطعیت های آماری و سیستماتیک %0.21 و %0.11 نشان می دهد. اهمیت نتیجه σ3.5 است، یعنی در حدود %0.05 احتمال این وجود دارد که نتیجه واقعی نباشد. فیزیکدانان معمولا نیاز به اهمیت σ5 دارند تا نتیجه را حاصل خطاهای سیستماتیک نامعلوم ندانند.

ورای مدل استاندارد

در حالی که فیزیکدانان انتظار مقداری منفی را می کشند –تحلیل قبلی داده از آزمایش CDF در آزمایشگاه فرمی و نظریه این چنین پیش بینی می کنند- اندازه عدم تقارن شگفتی ساز است. در واقع، مدل استاندارد پیشنهاد می دهد که اثر نقض CP مستقیم روی هر واپاشی شامل کوارک های افسون، نباید بیش از %0.1 باشد.

بر اساس نظر فیزیکدان LHCb، تیم گرسگون(Tim Gersgon) از دانشگاه بریتانیایی وارویک(Warwick)، احتمال دارد این اختلاف در نقض CP، نشانه ای از فیزیکی جدید، ورای مدل استاندارد است. او اشاره می کند: «اما ما مجبوریم بپرسیم، آیا  اثرات دقیقی وجود دارد که باعث شود نقض CP مدل استاندارد بیش از مقدار انتظاری باشد؟»

الکس کاگان(Alex Kagan) از دانشگاه سینسیناتی که روی نظریه نقض مستقیم CP کار می کند، موافق است که یافته جدید «مورد انتظار است». هر چند، او اشاره می کند که محاسبات پدیده ها در واپاشی کوارک افسون بسیار دشوار است. در مورد این اندازه گیری، می گویم که تجربی ها پیشگام نظریه دانان هستند.»

اما فیزیکدانان LHCb تنها نیمی از راه تحلیل داده های 2011 را پیموده اند. گرشون باور دارد که ممکن است برخوردهای کافی در میان داده های باقیمانده وجود داشته باشد تا اهمیت را به بیش از σ5 برساند و این کشف را به اولین کشف مهم LHC تبدیل کند.

منبع:

 Has “new physics” been found at CERN? , physicsworld.com

Nov 16, 2011;