Rahvusvaheline teadlasrühm analüüsis LHCb eksperimendi abil miljardite pisiosakeste kokkupõrkeid. Füüsikute peaeesmärk on uurida B-mesoneid, mis sisaldavad inimesi tavaliselt ümbritsevast ainest raskemaid b-kvarke. Mesonid ise kujutavad endast lühiealisi osakesi, mis koosnevad ühest aine algosakesest ehk kvargist ja selle antiosakesest. Liitosakesed eksisteerivad vaid umbes poolteist miljondikku miljondikust sekundist, misjärel lagunevad need kergemateks osakesteks.

Nõel heinakuhjas

Uued andmed paljastasid 42 aasta eest alanud otsingute järel sündmuse, kus neutraalne B-meson lagunes kaheks müüoniks, elektronide raskemateks vendadeks. Praegu parima füüsika alusraamistiku ehk standardmudeli järgi juhtub selliseid sündmusi vaid korra kümne miljardi ilukvarki sisaldava osakese kohta. Seni polnud ükski eksperiment suutnud pakkuda taolisest lagunemisprotsessist selgeid tõendeid.

Füüsikud kombineerisid 2024. ja 2025. aastal kogutud uusi andmeid aastatel 2011–2018 talletatud kokkupõrgetega. Teadlasrühm eraldas sündmusele viitava signaali miljardite sündmuste seast masinõppe ja uute algoritmide abil.

Andmekorjel mängisid rolli LHCb detektori täiustused, mille tulemusel püüab see osakeste kokkupõrkeid kinni varasemast viis korda suurema sagedusega. Süsteemi üks olulisemaid osi on ränipikslitega detektor, mis asub kiirtest vaid viie millimeetri kaugusel. Seade aitab teadlastel millimeetri murdosa täpsusega näha kohta, kus osakesed tekivad ja müüoniteks muutuvad.

Teekond zeptouniversumisse

LHCb töörühma juht Chris Parkes märkis, et tabatud protsess on osakestefüüsikas erandlik. Ta võrdles selle sagedust romantilise kohtinguga, kus inimene leiab esimesel katsel kõigi maailma elanike hulgast endale kohe ideaalse kaaslase. Parkesi sõnul sillutab praegune leid teed sellele, et koguda tulevikus täpsemaid andmeid veelgi väiksematelt skaaladelt.

Uued tulemused annavad teadlastele vihjeid zeptouniversumist ehk ruumist, mille mõõtmed jäävad miljardiku miljondiku millimeetri piiridesse. Füüsikud loodavad leida sellistelt vahemaadelt seni tundmatuid osakesi ja loodusjõude. Mida haruldasem on aga mingi protsess, seda tundlikum on see ka seniavastamata füüsikareeglite mõjudele.

Birminghami ülikooli teadur ja LHCb väga haruldaste protsesside töörühma kokkukutsuja Niladri Sahoo märkis, et nad saavutasid maailma kõige täpsemad tulemused B-mesoni eluea osas. Ühtlasi leidsid tõenäosuse, kui tihti see kergemateks osakesteks laguneb. Tema sõnul pakub tõend tugevat proovikivi standardmudelile ja laob vundamendi senitundmatute füüsikaliste seaduspärade otsinguks.

Projekti aseteadusjuht Conor Fitzpatrick nentis, et füüsikud otsisid seda konkreetset sündmust üle kogu maailma enam kui 40 aastat. Fitzpatrick nimetas seda kuldseks lagunemiskanaliks, mis aitab näha uue füüsika mõju väljaspool seniseid teadmisi, laiendas sellega arusaama loodusest selle kõige fundamentaalsemal tasandil.

Füüsikud teavad, et standardmudel on lünklik, sest praegune reeglistik ei suuda haarata gravitatsiooni, selgitada tumeaine ja tumeenergia päritolu ega vasta küsimusele, miks eksisteerib universumis üldse ainet sadu miljoneid kordi rohkem kui antiainet.

Napp tõestusmaterjal

Füüsikud näevad värsket leidu siiski vaid esialgse tõendina, sest leitud lagunemiste arv jääb veel liiga napiks, et toimunut lõplikult kinnitada. Praegune tulemus saavutas statistilise olulisuse 3,2 sigmat. See tähendab, et signaal osutub puhtaks juhuseks laias laastus ühel juhul 1400-st. Kuigi see tähendaks näiteks sotsiaalteadustes või psühholoogias juba tugevat tulemust, jääb sellest osakestefüüsikas väheks.

Avastuse välja kuulutamiseks peab ulatuma statistiline olulisus viie sigmani, misjuhul langeb tühja signaali tõenäosus umbes ühele 3,5 miljonist (0,00003 protsenti). See välistaks statistilise kokkusattumuse peaaegu täielikult. Füüsikud hoiavad latti sedavõrd kõrgel praktilisel põhjusel. Suur Hadronite Põrguti tekitab sekundi jooksul miljardeid osakeste kokkupõrkeid. Kui andmemaht paisub sedavõrd massiivseks, paiskab juhuslik müra ekraanile paratamatult hulgi kolme sigmat ületavaid libasignaale.

Uuendatud LHCb eksperiment kogub uusi andmeid kuni 2030. aastate alguseni. Teadlased plaanivad aga juba järgmist suurt uuendust, mis lubab koguda infot veel kümme korda suuremas mahus. Tehnoloogiline hüpe võimaldaks uurida osakeste protsesse tulevikus lühematel vahemaadel ja veelgi suurema täpsusega.