Jedna od najistaknutijih misterija u fizici danas je ono što naučnici nazivaju „Jakim CP problemom“. Polazeći od zbunjujućeg fenomena da neutroni ne stupaju u interakciju sa električnim poljima uprkos tome što su sastavljeni od kvarkova — manjih, osnovnih čestica koje nose električne naboje — problem CP dovodi u pitanje standardni model fizike ili skup teorija koje su naučnici postavili. koristeći za objašnjavanje zakona prirode godinama.
Tim predvođen teorijskim fizičarima iz gradova blizanaca Univerziteta u Minesoti otkrio je novi način traženja aksiona, hipotetičkih čestica koje bi mogle pomoći u rešavanju ove misterije. Radeći u saradnji sa eksperimentalnim istraživačima u Fermilab National Accelerator Laboratory, nova strategija fizičara otvara ranije neistražene mogućnosti za otkrivanje aksiona u eksperimentima sudarača čestica.
„Kao fizičari čestica, pokušavamo da razvijemo naše najbolje razumevanje prirode“, rekao je Džen Liu, koautor rada i docent na Fakultetu za fiziku i astronomiju Univerziteta u Minesoti. „Naučnici su bili izuzetno uspešni u prošlom veku u pronalaženju elementarnih čestica kroz uspostavljene teorijske okvire. Dakle, krajnje je zbunjujuće zašto se neutroni ne spajaju sa električnim poljima, jer bismo u našoj poznatoj teoriji očekivali da to rade. Ako otkrijemo aksion , to će biti veliki napredak u našem fundamentalnom razumevanju strukture prirode.“
Jedno od primarnih sredstava za proučavanje subatomskih čestica i potencijalno otkrivanje novih su eksperimenti u sudaraču. U suštini, naučnici prisiljavaju snopove čestica da se sudare – a kada se sudare, energija koju proizvode stvara druge čestice koje prolaze kroz detektor, omogućavajući istraživačima da analiziraju njihova svojstva.
Predložena metoda Liua i njegovog tima uključuje merenje proizvoda „raspada“ – ili šta se dešava kada se nestabilna teška čestica transformiše u više lakših čestica – hipotetičkog aksiona u dva miona – poznate čestice koje su u suštini teža verzija elektrona. Radeći unazad od mionskih tragova u detektoru na rekonstrukciji takvih raspada, istraživači veruju da imaju šansu da lociraju aksion i dokažu njegovo postojanje.
„Ovim istraživanjem proširujemo načine na koje možemo da tražimo aksionsku česticu“, rekao je Rejmond Ko, koautor rada i postdoktorski istraživač na Fakultetu za fiziku i astronomiju Univerziteta u Minesoti i Institutu za teorijsku fiziku Villiam Fine. „Ljudi nikada ranije nisu koristili raspad aksiona u mione kao način za traženje aksionske čestice u eksperimentima neutrina ili sudarača. Ovo istraživanje otvara nove mogućnosti da se otvori put za buduće poduhvate u našoj oblasti.“
Liu and Co, zajedno sa postdoktorskim istraživačem fizike i astronomije Univerziteta u Minesoti Kun-Feng Liu i Kalifornijskim univerzitetom, postdoktorskim istraživačem Berklijem Soubhikom Kumarom, stoje iza teorijskog dela istraživanja. Oni su deo ArgoNeuT saradnje, koja okuplja teoretičare i eksperimentalce iz cele zemlje da proučavaju čestice kroz eksperimente u Fermilabu.
U ovom radu, teorijski tim koji je predvodio Univerzitet u Minesoti radio je sa eksperimentalnim istraživačima kako bi izvršili pretragu za aksionima koristeći svoju novu metodu i postojeće podatke iz eksperimenta ArgoNeuT. Istraživači planiraju da koriste eksperimentalne rezultate kako bi dalje precizirali svoje teorijske proračune stope proizvodnje aksiona u budućnosti.
