CERN: semnalul rar care deschide drumul spre zeptoverse

După mai bine de patru decenii de cercetări, fizicienii de la CERN au obținut primele dovezi experimentale pentru unul dintre cele mai rare procese observate vreodată în fizica particulelor. Este vorba despre dezintegrarea unei particule subatomice în două particule numite muoni, un fenomen care ar trebui să apară în aproximativ un singur caz din zece miliarde.

Rezultatul deschide noi posibilități de explorare a unei regiuni fascinante a fizicii, cunoscută sub numele de „zeptoverse”, unde ar putea exista particule și forțe fundamentale încă necunoscute, scrie publicația GEO.

Ce au descoperit cercetătorii de la CERN după 42 de ani de căutări

Rezultatul a fost anunțat pe 3 noiembrie 2026, în cadrul unui seminar organizat la CERN, după analiza unor date obținute cu ajutorul experimentului LHCb, desfășurat la Marele Accelerator de Hadroni (LHC).

Cercetătorii au identificat primele dovezi provenite dintr-un singur experiment pentru un proces extrem de rar: dezintegrarea unei particule B⁰, care conține un quarc de tip beauty și un antiquarc down, în două particule numite muoni, cu sarcini electrice opuse.

Quarcii sunt componente fundamentale ale materiei. În acest caz, particula studiată este formată dintr-un quarc beauty și un antiquarc down. Atunci când se dezintegrează, energia eliberată se transformă într-o pereche de particule numite muoni, respectiv într-un muon și antiparticula sa.

Muonii seamănă cu electronii, însă sunt mult mai grei. Ei fac parte din aceeași familie de particule elementare și pot fi identificați de detectoarele experimentului LHCb.

Deși procesul pare simplu descris, identificarea lui este extrem de dificilă. Potrivit calculelor teoretice, fenomenul apare doar o dată la aproximativ zece miliarde de dezintegrații ale particulelor beauty. Practic, fizicienii trebuie să găsească un semnal foarte slab, ascuns într-o cantitate uriașă de alte evenimente produse în timpul coliziunilor de la accelerator.

Cercetările asupra acestui fenomen au început în urmă cu peste 40 de ani, iar rezultatul actual reprezintă un moment important pentru fizica particulelor. În 2015, o analiză comună a colaborărilor LHCb și CMS identificase indicii ale aceluiași proces, însă dovezile nu au fost confirmate în analizele ulterioare.

De această dată, echipa LHCb a reușit să obțină pentru prima dată dovezi statistice ale procesului folosind datele unui singur experiment, iar combinarea acestora cu măsurători mai vechi a consolidat rezultatul.

Zeptoverse, lumea unor distanțe aproape imposibil de imaginat

Descoperirea este importantă și pentru că îi aduce pe cercetători mai aproape de explorarea unei regiuni a fizicii cunoscute sub numele de „zeptoverse”.

Termenul descrie domeniul unor distanțe extrem de mici, de ordinul zeptometrilor. Un zeptometru reprezintă a miliarda parte dintr-un trilion de metru, adică 10 la puterea minus 21 metri.

La aceste scări, oamenii de știință speră să găsească indicii despre particule și forțe fundamentale care nu sunt încă incluse în teoriile actuale. Unele dintre ele ar putea contribui la explicarea unor mistere importante ale Universului, inclusiv natura materiei întunecate și procesele care au stat la baza formării materiei în primele momente de după Big Bang.

Zeptoverse nu reprezintă un spațiu fizic descoperit în sensul obișnuit al cuvântului și nici o nouă regiune a Universului fotografiată de cercetători. Este un termen folosit pentru a descrie scările extrem de mici la care fizicienii încearcă să investigheze comportamentul particulelor și posibilele fenomene care depășesc cunoștințele actuale.

Importanța procesului identificat la CERN vine tocmai din faptul că astfel de dezintegrări rare pot funcționa ca instrumente indirecte pentru detectarea influenței unor particule necunoscute.

Chiar dacă unele particule noi ar fi prea grele pentru a fi produse direct în coliziunile acceleratorului, efectele lor ar putea modifica probabilitatea anumitor procese subatomice. Cu cât o dezintegrare este mai rară, cu atât măsurarea ei poate deveni mai sensibilă la influența unor asemenea particule.

De aceea, cercetătorii consideră aceste procese drept canale importante în căutarea unei fizici care depășește Modelul Standard, teoria care descrie particulele fundamentale cunoscute și interacțiunile dintre ele.

De ce a fost nevoie de un detector modernizat și de inteligență artificială

Un rol decisiv în obținerea rezultatului l-a avut modernizarea experimentului LHCb, realizată în 2024. După această intervenție, detectorul a devenit capabil să înregistreze coliziuni la o rată de până la cinci ori mai mare decât în perioada precedentă, oferindu-le fizicienilor un volum mult mai mare de date.

În plus, sistemul modernizat poate face diferența mai precis între tipurile de particule rezultate în urma coliziunilor.

O altă contribuție importantă a venit din utilizarea tehnicilor de învățare automată, cunoscute și sub numele de machine learning. Acestea au ajutat echipa să separe semnalul foarte rar urmărit de cercetători de numeroasele alte procese care produc rezultate asemănătoare în detector.

Pentru noua analiză au fost folosite date colectate în 2024 și 2025, dar și informații din perioadele anterioare, între 2011 și 2018. Combinarea acestor seturi de date a permis creșterea semnificației statistice a rezultatului.

Analiza a fost realizată de o echipă internațională de 19 fizicieni, co-condusă de Marco Santimaria. Rezultatul a fost prezentat în cadrul seminarului organizat la CERN, iar colaborarea LHCb a transmis studiul pentru publicare.

Experimentul LHCb este unul dintre cele patru mari experimente desfășurate la Marele Accelerator de Hadroni. Acesta este specializat în studiul particulelor care conțin quarci de tip beauty și în identificarea unor fenomene extrem de rare, care pot dezvălui informații despre structura fundamentală a materiei.

Rezultatul este o dovadă, nu încă o descoperire confirmată în sensul strict al fizicii

Deși rezultatul a fost primit cu entuziasm de comunitatea științifică, există o diferență importantă între identificarea unor dovezi și confirmarea definitivă a unui fenomen.

În fizica particulelor, cercetătorii folosesc un sistem statistic riguros pentru a stabili cât de sigur poate fi considerat un rezultat. Pragul de trei deviații standard este folosit pentru a vorbi despre existența unor dovezi, în timp ce confirmarea unei descoperiri necesită, în mod obișnuit, atingerea pragului de cinci deviații standard.

În analiza realizată de LHCb, datele colectate în 2024 și 2025 au oferit o semnificație statistică de trei deviații standard. După combinarea lor cu datele din perioadele 2011-2018, valoarea a crescut la 3,2 deviații standard.

Acest rezultat este suficient pentru ca echipa să vorbească despre primele dovezi ale procesului, dar nu atinge încă nivelul necesar pentru o confirmare definitivă în standardele fizicii particulelor.

Cercetătorii vor trebui să adune mai multe date și să repete măsurătorile pentru a ajunge la pragul de cinci deviații standard. Abia atunci ar putea vorbi despre o descoperire confirmată în sensul tehnic folosit în domeniu.

Aceeași analiză a permis și realizarea celor mai precise măsurători de până acum pentru un alt proces asemănător, în care o particulă B_s se dezintegrează în două muoni. Acest fenomen fusese observat anterior, în 2015, iar noua analiză a îmbunătățit precizia informațiilor disponibile despre el.

Un aspect important este că rezultatele obținute până acum sunt compatibile cu predicțiile Modelului Standard. Prin urmare, cercetătorii nu au identificat încă o particulă nouă și nici o forță fundamentală necunoscută. Măsurătorile îi ajută însă să limiteze mai precis teoriile care încearcă să descrie fenomene aflate dincolo de modelul actual.

Ce urmează la CERN și când ar putea apărea noi descoperiri

Cercetările vor continua în următorii ani, iar oamenii de știință speră că modernizările viitoare ale acceleratorului vor permite identificarea unui număr mult mai mare de astfel de procese rare.

Un moment important este pornirea programului High-Luminosity LHC, planificată pentru 2030. Acesta va permite colectarea unui volum mult mai mare de date și va oferi noi oportunități pentru investigarea particulelor elementare.

În plus, experimentul LHCb urmează să beneficieze de o nouă modernizare în jurul mijlocului anilor 2030. Potrivit estimărilor CERN, aceasta ar putea crește de încă zece ori rata colectării datelor.

Dr. Harry Cliff, de la Universitatea Cambridge, coordonator al activității privind dezintegrările rare în cadrul LHCb, a explicat că identificarea acestui proces deschide noi posibilități de cercetare, inclusiv pentru investigarea unor particule care nu pot fi produse direct la accelerator.

Tim Gershon, profesor la Universitatea Warwick și coordonator al experimentului LHCb, a subliniat capacitatea detectorului de a investiga natura la nivel fundamental. În opinia cercetătorilor implicați, rezultatul demonstrează cât de mult pot avansa experimentele atunci când instrumentele de măsurare sunt îmbunătățite.

După mai bine de 40 de ani de căutări, fizicienii au reușit astfel să obțină primele dovezi solide pentru un proces extrem de rar, care ar putea deveni un instrument important în investigarea structurii Universului.

Descoperirea nu oferă încă răspunsuri definitive despre materia întunecată sau despre existența unor particule necunoscute. Ea deschide însă o nouă etapă de cercetare, în care măsurătorile tot mai precise ar putea scoate la iveală fenomene pe care teoriile actuale nu le explică pe deplin.