CERN'deki NA62 Deneyi Ultra Nadir Parçacık Bozunumunu Gözlemledi

Bu hafta Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN)'de düzenlenen bir seminerde, NA62 işbirliği, pozitif yüklü bir kaonun pozitif yüklü bir piyona ve bir nötrino-antinötrino çiftine ultra nadir bozunmasının kesin bir şekilde doğrulandığını bildirdi. NA62'yi içeren deneyler daha önce bu süreci ölçmüş ve kanıtını görmüştü, ancak bu, ilk kez parçacık fiziğinde bir keşifi iddia etmek için geleneksel olarak gereken eşiği aşarak beş standart sapmalık istatistiksel anlamlılıkla ölçüldü.

K+→π+νν ile gösterilen bu bozunma, şimdiye kadar gözlemlenen en nadir parçacık süreçlerinden biridir: Parçacık fiziğinin Standart Modelinde, 10 milyar pozitif yüklü kaondan birinden azının bu şekilde bozunacağı öngörülmektedir.

"Bu gözlem, on yıldan uzun bir süre önce başlayan bir projenin doruk noktasıdır," diyor NA62 sözcüsü Giuseppe Ruggiero. "Doğada gerçekleşme olasılığı 10 -11 mertebesinde olan etkileri aramak hem büyüleyici hem de zorlayıcı. Titiz ve özenli bir çalışmanın ardından, sonunda NA62'nin gözlemlemek için tasarlandığı ve inşa edildiği süreci gördük."

Peki fizikçiler neden bu kadar nadir gerçekleşen bir süreci arıyorlar? Bunun nedeni, teorik modellerin K+→π+νν bozunmasının Standart Model öngörüsünden sapmalara karşı aşırı hassas olduğunu öne sürmesi ve bu sayede Standart Model'in ötesinde yeni fiziğe dair kanıt aramak için en ilginç süreçlerden biri olmasıdır.

NA62 araştırmacıları, 2016-2022 yılları arasında NA62 dedektörü tarafından toplanan verileri analiz ederek, bu şekilde azalan K+ oranını 13,0 -2,9 +3,3 ×10 -11 olarak ölçtüler. %25'lik bir bağıl hassasiyetle, bu şimdiye kadar K+→π+νν azalımının en hassas ölçümüdür.

Sonuç, Standart Model tahmininden yaklaşık %50 daha büyüktür ancak genel belirsizlik göz önüne alındığında onunla uyumludur. Veri alımı devam ederken, NA62 önümüzdeki birkaç yıl içinde bu bozunmada yeni fizik olasılığını test edebilecek şekilde ayarlanmıştır.

NA62 fizik koordinatörü Karim Massri, "Bu bozunmada yeni fiziğe dair ipuçları aramak daha fazla veri gerektiriyor, ancak bu sonuç ileriye doğru bir sıçrama ve bu araştırma alanına olan güçlü ilgiyi daha da güçlendiriyor" diyor.

NA62 deneyinde, kaonlar CERN'in Süper Proton Senkrotronundan gelen yüksek yoğunluklu bir proton ışınının sabit bir hedefe çarpılmasıyla üretilir. Sonuç olarak, her saniye yaklaşık bir milyar ikincil parçacık üretilir ve bunlar NA62 dedektörüne uçar. Bu parçacıkların yaklaşık %6'sı pozitif yüklü kaonlardır. NA62, kaonların bozunma ürünlerini hassas bir şekilde tespit ederek, varlığı eksik enerjilerinden çıkarılan nötrinolar hariç üretilen tüm parçacıkları belirler ve ölçer.

Bu sonuç açısından önemli olan, NA62'nin %30 daha yüksek ışın yoğunluklarında çalışmasını sağlayan dedektör yükseltmelerinin tamamlanmasının ardından alınan 2021 ve 2022 verileriydi. Veri analizi tekniklerindeki iyileştirmelerle bir araya gelen bu donanım yükseltmeleri, sinyal adaylarının eskisinden %50 daha hızlı toplanmasını sağlarken, K+→π+νν bozunmasını taklit edebilen arka plan süreçlerini bastırmak için yeni araçlar ekledi.

"Bu ölçüm, sinyalimiz olan 10 milyarda bir K+ bozunmasını belirlemeye ve bunun sinyali taklit edebilen diğer 9 999 999 999 bozunmasından biri olmadığından emin olmaya dayanıyor," diyor baş veri analisti Joel Swallow. "Tüm NA62 iş birliği, bu neredeyse imkansız sonucu mümkün kıldı."

Kaynak

CERN