Nowe karty graficzne pomagają wychwycić najrzadsze zdarzenia we wszechświecie
Model standardowy fizyki cząstek elementarnych jest obecnie najlepszym modelem wyjaśniającym prawa natury. Jednak nie daje odpowiedzi w kwestii zjawisk, takich jak ciemna materia, grawitacja w skali kwantowej i obserwowany brak symetrii między materią a antymaterią we wszechświecie.
Prawa uniwersalne
Mamy też modele alternatywne, na przykład teorię supersymetrii. Aby sprawdzić, która z tych teorii jest najbliższa rzeczywistości, Diego Martínez Santos, koordynator projektu BSMFLEET, zbadał cząstkę subatomową znaną jako kwark dziwny lub „kwark s”. W niezwykle rzadkich przypadkach kwark s rozpada się w nieoczekiwany sposób z powodu naruszenia zasady zachowania zapachu. Pomiar częstotliwości tych zdarzeń pozwoliłby określić, który model jest najdokładniejszy. „W obrębie Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) funkcjonuje detektor, który rekonstruuje rozpady cząstek, ale do tej pory nie można było wychwytywać nim kwarków dziwnych”, wyjaśnia Santos.
Gry wideo
Około 6 lat temu fizycy zdali sobie sprawę, że rozpad kwarku dziwnego można zarejestrować za pomocą zmodyfikowanego systemu wyzwalania w detektorze LHCb, jednym z czterech głównych detektorów w CERN. Zespół badacza z Uniwersytetu w Santiago de Compostela opracował taki system wyzwalania, który funkcjonował w latach 2016–2019. Niedawno ulepszono go o karty GPU, zazwyczaj używane do renderowania grafiki w grach wideo. Rozpady kwarków dziwnych nie powodują zasadniczych zmian momentu pędu tych cząstek, przez co trudno je dostrzec w szumie tła. Co więcej, model standardowy przewiduje, że niezwykły rozpad, którego szukał Santos, zachodzi z prawdopodobieństwem zaledwie jeden na 200 miliardów, co oznacza, że Santos mógł liczyć na zaledwie dwa takie przypadki we wszystkich danych zebranych od 2015 do 2018 roku. Inne modele przewidują znacznie wyższą częstotliwość tego rozpadu – nawet raz na milion zdarzeń. „Celem jest znalezienie wszelkich odchyleń od modelu standardowego: rozpadów, których model niemalże zakazuje”, mówi badacz. „Inne modele nie tłumią tak tych zdarzeń, więc na tej podstawie moglibyśmy zdecydować, którym zastąpić model standardowy”.
Powolna nauka
Prace prowadzono przy wsparciu z unijnego programu „Horyzont 2020”. „Przeprowadzenie tych badań bez funduszy UE byłoby w zasadzie niemożliwe”, zauważa Santos. Ponieważ zespół ma już za sobą główne zadania, Santos i jego współpracownicy wejdą w rok 2021, analizując zebrane dane w poszukiwaniu czegoś, co może okazać się najrzadszym zdarzeniem, jakie kiedykolwiek zarejestrowano w gigantycznym zderzaczu cząstek. Santos wyjaśnia, że te ciągoty do analizy fizyki uchwyconej podczas zderzeń trwających miliardową część sekundy wynikają z jego skrytego marzenia: „Chcę lepiej zrozumieć podstawowe prawa natury”. Dodaje też: „Może w przyszłości, być może dopiero za wieki, znajdziemy zastosowanie dla tych odkryć. Czasami aby w pełni wykorzystać możliwości, jakie daje taki przełom, początkowo wydający się całkowitą abstrakcją, potrzeba czasu”.
Słowa kluczowe
BSMFLEET, wszechświat, fizyka, LHC, CERN, dziwny, kwark, mion, rozpad, zapach, naruszenie
