Vasarį japonų fizikai už 70 kilometrų nuo Tokijo dusyk bandymo režimu paleido „SuperKEKB“ įrenginį, kuris ateinančius kelis metus jungs materiją su antimaterija. Pasaulyje nauji greitintuvai paleidžiami nedažnai – ir tai pirmas toks įvykis nuo 2008 metų, kai Prancūzijos ir Šveicarijos pasienyje padėjo veikti Didysis hadronų greitintuvas (LHC).
Vasarį japonų fizikai už 70 kilometrų nuo Tokijo dusyk bandymo režimu paleido „SuperKEKB“ įrenginį, kuris ateinančius kelis metus jungs materiją su antimaterija. Pasaulyje nauji greitintuvai paleidžiami nedažnai – ir tai pirmas toks įvykis nuo 2008 metų, kai Prancūzijos ir Šveicarijos pasienyje padėjo veikti Didysis hadronų greitintuvas (LHC).
Naujasis projektas kainavo 275 mln. dolerių, ir tai ne statybos nuo nulio kaina, o kapitalinio remonto ir radikalaus pertvarkymo kaštai. Jei LHC paveldėjo 27 kilometrų ilgio tunelį, išraustą dar 1988 metais kitam eksperimentui, tai „SuperKEKB“ paveldėjo visą senojo KEKB įrengimų infrastruktūrą, jau atnešusią Japonijai 2008 metų Nobelio premiją fizikos srityje.
Tarp LHC ir „SuperKEKB“ atliekamų eksperimentų bendra tik tai, kad abiem atvejais sutrenkiamos beveik šviesos greičiu lekiančios dalelės, tikintis išvysti „naują fiziką“, netelpančią į senųjų eteorijų rėmus.
O toliau prasideda skirtumai.
LHC sutrenkiamos protonų poros – tai gan įprastos stabilios dalelės, kurių daliai tenka pusė mūsų svorio, ir jie taip pat yra vandenilio, labiausiai paplitusio elemento visatoje, atomo branduoliai. O „SuperKEKB“ darbui reikia antimaterijos. Hadronų greitintuvo tunelyje į įprastų elektronų srautą kaktomuša paleidžiamas toks pat antielektronų – pozitronų – srautas. Pozitronai – elektronų antidvyniai, dalelės antimaterijos, kurios mūsų visatoje nykstamai mažai. Pozitronai, savaime suprantama, generuojami dirbtinai, įgreitintais elektronais bombarduodami volframo monokristalus.
Kas nutinka susitikus medžiagai ir antimedžiagai, žino net mokinukai, – jos anihiliuoja. „SuperKEKB“ turėtų pasiekti pasaulinį anihiliacijų rekordą: kiekvieną sekundę kiekviename kvadratiniame pluošto centimetre jų vyks 800 milijonų milijardų milijardų milijardų (aštuonetas su 36 nuliais, jei rašytume skaitmenimis. Tad patogiau 8·36). Anihiliuodamos dalelės išnyksta, ir jeigu jų energija būna nedidelė, tai visa ji virsta šviesos žybsniu (arba kietų rentgeno spindulių). Tačiau kadangi „SuperKEKB“ elektronai ir pozitronai įgreitinti beveik iki šviesos greičio, gimsta naujų dalelių poros.
Kiekvienos anihiliacijos energija (10 gigaelektronvoltų, GeV) yra tūkstantį kartų mažesnė už LHC sudaužiamų dalelių energiją (14 teraelektronvoltų, TeV) – tai reiškia, kad naujiems egzotiškiems objektams (tokiems, kaip antai keturi papildomi Higgso bozonai ar dalelės iš kitų matmenų) lyg ir nėra iš kur rastis. Tad kyla klausimas, kokiems galams leisti šimtus milijonų dolerių?
Dmitrijus Gorbunovas, RMA Branduolinių tyrimų instituto teorinės fizikos skyriaus vyr. mokslinis bendradarbis, paaiškina: maža susidūrimų energija „SuperKEKB“ – ne minusas, o privalumas. Maždaug dėl tų pačių priežasčių, kodėl kartais šaudymas snaiperio ginklu tinkamesnis už minosvaidžio ugnį. LHC iš vieno susidūrimo susidaro šimtai skeveldrų, ir atsekti kiekvienos iš jų baigtį neįmanoma. O dalelėms anihiliuojant, randasi dvi, ir pakanka išvysti vieną, kad būtų galima tiksliai nusakyti kitos lemtį.
Energija buvo specialiai parinkta taip, kad pagrindinis anihiliacijos produktas būtų B-mezonai, ypatinga sunkiųjų dalelių rūšis. Kartais tokio tipo kolaideriai vadinami B-fabrikais, arba, kas geriau skamba angliškai „grožio fabrikais“ (beauty factory) – garbei vadinamojo žaviojo kvarko (beauty quark), sudarančio B-mezoną, o laisvo jo nebūna.
„Žaviojo kvarko“ (kitaip nei Higso bozono 2012 metais) niekas specialiai nemedžioja – jis seniai atrastas ir aprašytas. Tačiau fizikus jis domina kaip „kanarėlė šachtoje“. Keistas šios dalelės elgesys galėtų nurodyti, kad greta dedasi kažkas keisto, neregimo kitomis priemonėmis.
Vieną fundamentalią hipotezę B-mezonai jau padėjo patikrinti. Lewiso Carrollo Alisa domisi: „ar galima gerti Veidrodžio karalystės pieną?“ Klausimą apie konkrečiai apie pieną lengviausiai atsakytų biologas: ne, sakytų jis, negalima, nes pieno baltymai sudaryti iš kairiojo chirališkumo aminorūgščių, o Veidrodžio karalystėje jos virs dešiniojo, niekam tikusiomis.
O ar tiesa, kad anoje veidrodžio pusėje bent jau fizikos dėsniai veikia? Fizikai išsiaiškino, kad tada sutrinka silpnoji sąveika ir situaciją ištaisyti galima tik Veidrodžio karalystėje daleles pakeitus antidalelėmis. Pasirodė, kad ir tai netikęs sprendimas – dėl to, kad egzistuoja CP simetrijos pažeidimas. Dr prieš 49 metus akademikas Sacharovas sumąstė, kaip remiantis šiuo efektu, galima paaiškinti, kodėl Visatoje taip mažai antimedžiagos. Pats efektas buvo pademonstruotas būtent su B-mezonais Belle eksperimente KEKB hadronų greitintuve – „SuperKEKB“ pirmtake.
„SuperKEKB“ turėtų būti 40 kartų našesnis ir su nauja duomenų apdorojimo technika turėtų nulemti kokybinį proveržį. „Naujos dalelės gali prisidėti, sukeldamos kvantines pataisas įprastų mums kvarkų fizikoje, – sako Gorbunovas, turėdamas omenyje B-mezono sudėtyje esantį „žavųjį kvarką“. – Jei kas nors bus rasta, tai bus netiesioginis naujos fizikos nurodymas.“
Įtariama, kad supersimetrijos teorija ir kai kurios kitos „naujos fizikos“ teorijos aprašo daleles, kurios pernelyg sunkios, kad jas būtų galima gauti tiesiogiai – ne tik Didžiuoju hadronų greitintuvu, bet ir apskritai greitintuvuose, kurie tilptų mūsų planetoje. Fiziką riboja prietaisų galingumas, ir netiesioginiai metodai – su „kanarėlėmis šachtoje“ – kaip tik ir geri tuo, kad joms tokio apribojimo nėra: „Jeigu DHG galima ieškoti trijų keturių teraelektronvoltų masės dalelių, tai „SuperKEKB“ netiesioginiu būdu – šimto, tūkstančio teraelektronvoltų masės dalelių poveikio“.
