Kaaonite lagunemine: väljakutse füüsika alustõdedele, ka Suurele Paugule

Äsja avaldatud murranguline uurimustöö võib esitada väljakutse füüsika alustõdedele. Uurimus käsitleb kaaonideks ehk K-mesoniteks nimetatavate subatomaarsete osakeste lagunemist, mis võib muuta füüsikute seni konsensuslikuna püsinud arusaamist meie universumi moodustumisest.

Southamptoni ülikooli uurija Christopher Sachradja aitas konstrueerida esimest kalkulatsiooni, mis kirjeldab kaaonite käitumise erinevust CP-sümmeetria rikkumiseks nimetatavas olukorras, kus aine vahetatakse välja antiaine vastu. Kui peaks selguma, et arvutuskäigu tulemus ei klapi katsetulemustega, kujutaks see endast kindlat tõendit uute, senitundmatute nähtuste olemasolu kohta väljaspool meie standardmudelit — s.t füüsikute praegust arusaamist elementaarosakestest ja nendevahelistest jõududest.

Sachradja ja kolleegide äsjane tulemus ei viita küll veel lahknevustele katse ja hüpoteesi vahel, kuid loodetavastu suureneb uue kalkulatsiooni täpsus oluliselt nüüd, mil teadlaste suutlikkus ülesannet lahendada on kinnitust leidnud.

Uurimus ilmub ajakirjas Physical Review Letters.

Osakestefüüsikas kujutab kaaon (ingl kaon), mida nimetatakse ka K-mesoniks, üht neljaliikmelise kaaoniterühma liikmesosakestest, mida iseloomustab kvantarv, mida nimetatakse veidruseks (ingl strangeness). Kvargipõhises mudelis käsitletakse neid kombinatsioonina ühest veidrast kvargist (ehk antikvargist või s-kvargist) ja ühest üla- või alakvargist (u- või d-kvargist).

Pärast 1947. aastat, mil kaaonid kosmilistest kiirtest avastati, on nende abil välja selgitatud hulgaliselt uut teadusteavet fundamentaalsete vastastikmõjude kohta. Kaaonitel oli oluline roll osakestefüüsika standardmudeli aluste, näiteks hadronite kvargipõhise mudeli ja kvarkide segunemise teooria paikapanemisel — viimase väljatöötajatele omistati 2008. aastal isegi Nobeli preemia.

Kaaonitel on oluline roll ka meie arusaamise kujundamisel fundamentaalsetest jäävusseadustest — nimelt avastati CP-sümmeetria rikkumine, s.t universumis täheldatavat aine ja antiaine jaotumise ebasümmeetriat tekitav nähtus 1964. aastal just kaaonisüsteemist; seda avastust pärjati 1980. aastal ka Nobeli preemiaga.

Pealeselle õnnestus teadlastel 2000. aastate alguses kaaonite lagunemisel ilmnevat CP-sümmeetria rikkumist ka vahetult tuvastada.