الكشف عن باريونين جديدين ضمن تجارب صادم الهادرونات الكبير

من طرف **Admin** السبت نوفمبر 22, 2014 9:42 am

في سبقٍ علمي رائع، أعلن التعاون القائم على تجربة LHCb ضمن صادم الهادرونات الكبير LHC عن اكتشاف جسيمين جديدين، ينتميان لعائلة الباريونات Baryons، حيث لم يتم مشاهدة هذين الجسيمين من قبل (للمزيد حول الجسيمات الأولية : http://goo.gl/WYo3iL).

يعرف الجسيمان الجديدان المكتشفان باسم : -Xi_b' و -Xi_b*، وقد تم توقع وجود هذين الجسيمين عبر نموذج الكوارك، ولكن لم يتم مشاهدتهما من قبل نهائياً. في عام 2012 تم الكشف عن جسيم مرتبط بهذه الأسرة ضمن تجربة CMS في صادم الهادرونات الكبير، وهو الجسيم Xi_b*0. تم نشر نتائج هذا الاكتشاف بورقةٍ علمية في مجلة Physical Review Letters.

تتكون الجسيمات الجديدة من ثلاثة كواركات ترتبط مع بعضها البعض بالقوة النووية الشديدة Strong Force، بشكلٍ مشابه تماماً للبروتونات، فهي جميعاً تنتمي لأسرة واحدة من الجسيمات دون الذرية وهي أسرة الباريونات.

الاختلاف الأساسي بين الجسيمات الجديدة وبين البروتونات هو بنوعية الكواركات المكونة لها، فالكواركات لها 6 "نكهات Flavors" أساسية، وبالنسبة للجسيمات الجديدة، فهي تتكون من 3 كواركات: كوارك جميل Beauty (رمزه b)، كوارك غريب Strange (رمزه s)، كوارك سفلي Down (رمزه d). وبفضل الوزن الكبير للكوارك الجميل (b)، فإن هذه الجسيمات الجديدة أثقل من البروتونات بحوالي 6 مرات. على الرغم من ذلك، فإن كتلة الجسيمات لا تتحدد بمكوناتها فقط، بل تتحدد أيضاً بتفاصيل تركيبها. المقصود هنا هو الخصائص التي تجتمع وفقاً لها الكواركات لتكوين الجسيمات. فكما نعلم، تتمتع الكواركات بخاصية "عزم الدوران الذاتي Spin"، والذي له جهة معينة. وفي حالة الجسيم -Xi_b' فإن الكواركات الأخف لها اتجاه عزم دوران ذاتي متعاكس، بينما في حالة الجسيم -Xi_b* فإن الكواركات الأخف لها اتجاه عزم دوران ذاتي منتظم، أي بنفس الجهة، وهذا الأمر يجعل الجسيم -Xi_b* أثقل بقليل.

يقول ماثيو تشارلز الذي يعمل في CERN وجامعة باريس الخامسة :" لقد كانت الطبيعة لطيفةً معنا، وقدمت لنا جسيمين بسعر جسيم واحد. بالنسبة للجسيم -Xi_b'، فإن كتلته قريبة جداً من كتلة نتائج تفككه، ولو كان كان ذو أخف، فإننا لم نكن لنقدر على مشاهدته، وذلك اعتماداً على أثر نتائج تفككه للكشف عنه".

ويقول ستيفن بلاسك من جامعة سيراكيوز في نيويورك :" هذه نتائج ممتازة جداً. بفضل تقنيات التحديد الخاصة بالهادرونات المتوافرة ضمن تجربة LHCb، فإننا قد تمكنا من فصل إشارة نقية من الخلفية المرتبطة بها ".

وبالإضافة لكتلة هذه الجسيمات، قام الفريق البحثي بدراسة الخصائص الأخرى لهذه الجسيمات، مثلاً معدل الإنتاج النسبي الخاص بها، درجة استقرار الجسيمات، وتفاصيل تفككها. وبشكلٍ مثير، توافقت النتائج التي حصلوا عليها مع التوقعات التي تقدمها نظرية الكروموديناميك الكمومي QCD: Quantum Chromodynamic.

بالنسبة لنظرية الكروموديناميك الكمومي، فهي جزء من النظرية الأشمل في فيزياء الجسيمات حتى الآن، وهي نظرية النموذج المعياري، والتي تصف لنا الجسيمات الأساسية للمادة وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض والقوى المؤثرة بها. وبما أنه قد تم تجريب توقعات نظرية الكروموديناميك الكمومي بدقةٍ كبيرة، فإن هذا الأمر سيشكل مفتاحاً أساسياً لضبط وتحسين فهمنا لديناميكية الكواركات Quarks Dynamics، وهو نموذج يتصف بكونه بالغ الصعوبة من الناحية الحسابية.

تم إجراء التجارب والقياسات الخاصة بهذه التجربة في فترةٍ ما بين عامي 2011-2012 وخلالها تم جمع البيانات المطلوبة، والتي تم تحليلها مؤخراً ونتج عنها الكشف عن الجسيمين الجديدين. حالياً، لايزال صادم الهادرونات الكبير متوقفاً عن العمل، حيث يتم العمل على تحسينه وتحديثه، ليكون جاهزاً للعمل عند طاقات أعلى في عام 2015.

المصدر:
http://phys.org/news/2014-11-lhcb-baryon-particles.html

للاطلاع على الورقة البحثية المنشورة في مجلة Physical Review Letters:
http://arxiv.org/abs/1411.4849