Prietaisas, kuris tikisi atsakyti į galutinius egzistencinius klausimus

Paskutinis visiškai naujo detektoriaus gabalas užbaigė pirmąjį savo kelionės etapą, siekiant atskleisti kai kurias ilgalaikiškiausias visatos paslaptis.

41 milijono pikselių Vertex Locator (VELO) buvo surinktas Liverpulio universitete. Jis buvo surinktas iš komponentų, pagamintų skirtinguose institutuose, prieš iškeliaudamas į savo namus CERN didelio hadronų greitintuvo grožio (LHCb) eksperimente.

Įdiegęs laiku, kad būtų galima imti duomenis, jis bandys atsakyti į šiuos klausimus:

• Kodėl visata sudaryta iš materijos, o ne iš antimedžiagos?
• Kodėl ji apskritai egzistuoja?
• Kas ten dar yra?

Puiki pusiausvyra erdvės ir laiko aušroje

Akimirkomis po Didžiojo sprogimo visata buvo pagauta puikioje pusiausvyroje tarp materijos ir antimaterijos.

Pagal tai, ką mes suprantame apie gamtos dėsnius, šios materijos formos turėjo sunaikinti viena kitą ir palikti visatą, užpildytą tik šviesa. Tačiau, nepaisant visų šansų, materija kažkaip įgijo pranašumą ir kažkas liko suformuoti visatą, kurią žinome šiandien.

Geriausias mūsų supratimas apie Didžiojo sprogimo fiziką rodo, kad materija ir antimedžiaga buvo sukurti vienodais kiekiais. Kai jie užmezgė ryšį (kur kas mažesnėje ir tankesnėje) ankstyvojoje visatoje, visa jų bendra masė turėjo būti smarkiai transformuota į gryną energiją. Kodėl ir kaip materija išgyveno susidūrimą, yra viena giliausių šiuolaikinio mokslo paslapčių.

Dabartinė teorija teigia, kad nors materija ir antimedžiaga buvo sukurti kaip beveik tobuli veidrodiniai atvaizdai, turėjo būti nedidelis pusiausvyros sutrikimas arba dėmelė. Tai reiškė, kad kai kurie nebuvo tobuli atspindžiai. Šio skirtumo, nors ir mažo, galėjo pakakti, kad materija būtų pranašesnė.

Per žiūrėjimo stiklą

Mokslininkai jau rado nedidelį įtrūkimą veidrodyje, vadinamą įkrovos pariteto (CP) pažeidimu. Tai reiškia, kad kai kuriais atvejais materijos ir antimedžiagos atspindžio simetrija pažeidžiama.

Dėl to susidaro dalelė, kuri nėra tobula savo dvynių priešingybė, o ši „sulaužyta simetrija“ gali reikšti, kad viena dalelė gali turėti pranašumą prieš kitą.

Kai ši simetrija pažeidžiama, an antimedžiagos dalelė gali irti kitokiu greičiu nei jo materijos atitikmuo. Jei pakankamai šių pažeidimų įvyko po Didžiojo sprogimo, tai gali paaiškinti, kodėl materija išliko.

Elgdamiesi kitaip nei jų antimedžiagos ekvivalentai, gali būti, kad medžiagos dalelės, kurių simetrija yra pažeista, suskyla šiek tiek ilgiau. Jei dėl to reikalas užsitęstų tik šiek tiek ilgiau, tai galėtų paaiškinti, kaip jis stovėjo paskutinis.

Gilus nežinomybė

Kodėl materija išliko, nėra vienintelė paslaptis visatoje. Mokslininkus glumina ir kita problema: kas gali Juodoji medžiaga būti?

Tamsioji medžiaga yra nepagaunama, nematoma materijos rūšis, kuri tiekia gravitacinius klijus, kad žvaigždės galėtų judėti aplink galaktikas. Kadangi dar nežinome, kas yra tamsioji materija, gali būti, kad yra ir kitų, naujų dalelių ir jėgos visatoje, kurių dar nematėme.

Atradę ką nors naujo, galime atskleisti radikaliai skirtingą gamtos vaizdą, nei turime. Tokios naujos dalelės gali pranešti apie save, subtiliai pakeisdamos dalelių, kurias matome, elgesį, palikdamos mažus, bet aptinkamus pėdsakus mūsų duomenyse.

VELO grožis ir žavesys

Naujasis VELO detektorius, kuris pakeis senąjį VELO detektorių, bus naudojamas subtiliems skirtumams tarp materijos ir antimedžiagos dalelių versijų, kuriose yra subatominių dalelių. Tai žinomi kaip grožio kvarkai ir žavesio kvarkai.

Šios egzotiškos kvarko turinčios dalelės, dar žinomos kaip B ir D mezonai, susidaro susidūrimų metu dideliame hadronų greitintuve (LHC). Juos sunku ištirti, nes mezonai yra labai nestabilūs ir išnyksta per sekundės dalį.

Tačiau kai jie suyra, jie iš tikrųjų virsta kažkuo kitu. Mokslininkai mano, kad tiriant šiuos skirtingus skilimus ir jų savybes, VELO duomenys padės LHCb atskleisti pagrindines gamtos jėgas ir simetrijas.

Neįtikėtinai tikslūs išmatavimai

Naujasis VELO detektorius bus kuo arčiau dalelių susidūrimo vietos LHCb eksperimento metu. Šios dalelės suyra per mažiau nei milijonąją sekundės dalį ir nuskrieja vos kelis milimetrus. Todėl šis artimas atstumas suteiks prietaisui geriausią įmanomą galimybę išmatuoti jų savybes.

VELO jautrumas ir artumas prie LHC spindulių leis jam būti neįtikėtinai tikslūs išmatavimai dalelių joms irstant.

Lygindami šiuos rodmenis su standartinio modelio (pagrindinės dalelių fizikos teorijos) prognozėmis, mokslininkai gali ieškoti nukrypimų, galinčių užsiminti apie naujas daleles gamtoje. Jie taip pat gali ieškoti CP pažeidimų ar kitų priežasčių, kodėl materija ir antimedžiaga elgiasi skirtingai.

Šie nukrypimai gali pakeisti mūsų supratimą, kodėl visata yra tokia, kokia ji yra.

Remiantis senove palikimu

VELO gali būti visiškai naujas ir pažangiausias, tačiau jis bus sukurtas remiantis ankstesnio VELO detektoriaus palikimu. VELO turi pažangiausią pikselių detektorių, sudarytą iš mažų silicio kvadratėlių tinklelių, užtikrinančių didelę skiriamąją gebą net sudėtingoje spinduliuotės aplinkoje šalia LHC spindulių.

Jo pirmtakas su sudėtų silicio detektorių linijomis padėjo LHCb padaryti atradimų, įskaitant:

• Naujos materijos būsenos.
• Neįtikėtinai reto grožio kvarkas suyra.
• Skirtumai tarp reikalas ir antimedžiaga žavesio kvarkai.
• Pirmasis intriguojantis požymis apie dar nepaaiškintą elgesį grožio kvarkų irimo srityje.

Žvilgsniai iš dalelių elgesio

JK VELO projekto vadovė profesorė Themis Bowcock iš Liverpulio universiteto sakė: „Senojo VELO detektoriaus užfiksuoti duomenys suteikė mums tikrai žavingų dalelių elgesio žvilgsnių. Kad padarytume pažangą, turime tai paversti tikrai nuodugnia, teismo medicinos tyrimas ir čia atsiranda naujasis VELO detektorius. Jis suteikia mums tikslų akių rinkinį, kurio reikia, kad galėtume stebėti daleles reikiamu detalumo lygiu. Paprasčiausiai, VELO leidžia naudoti visą mūsų fizikos programą LHCb.

Neregėta detalė

Naujasis VELO galės užfiksuoti šiuos gedimus precedento neturinčiu detalumu.

Sujunkite tai su atnaujinta programine įranga ir itin greita nuskaitymo elektronika, kuri leis realiu laiku nustatyti grožio ir žavesio kvarkus. Mokslininkai turės įrenginį, kuris leis jiems sekti ir analizuoti skilimus, kuriuos anksčiau buvo sunku atkurti.

Kas taip pat sukuria naująjį VELO detektorius Unikalu yra tai, kad mokslininkai gali jį pakelti iš kelio, kai ruošia dalelių pluoštus susidūrimams. Tada jie gali mechaniškai perkelti jį į vietą, kai LHCb yra pasirengęs rinkti duomenis.

Tai leidžia mokslininkams užfiksuoti aiškią informaciją iš pirmųjų dalelių, kurios išspinduliuoja po susidūrimų, be nereikalingo pluošto nusidėvėjimo.

---

---