Prijeđite na glavni sadržaj
Rad Ruđerovaca objavljen u uglednom svjetskom časopisu

Nova metoda za određivanje svojstava kratkoživućih subatomskih čestica

17.9.2013.

Fizičari s IRB-a, dr. sc. Saša Ceci, dr. sc. Milorad Korolija i dr. sc. Branimir Zauner objavili su znanstveni rad pod nazivom „Model-Independent Extraction of the Pole and Breit-Wigner Resonance Parameters“ u prestižnom časopisu Physical Review Letters (IF=7.943). U ovom radu su trojica autora predložila novu model neovisnu metodu za određivanje svojstava kratkoživućih subatomskih čestica direktno iz eksperimentalnih podataka.

Nova metoda za određivanje svojstava kratkoživućih subatomskih čestica

Mnoge subatomske čestice žive toliko kratko da se zbog toga njihova masa, vrijeme poluraspada i ostala svojstva ne mogu direktno mjeriti. Njih nazivamo rezonancije, a njihova svojstva se određuju indirektno, analizirajući sudare čestica u kojima te rezonancije nastaju.

Određivanje tih svojstava standardno se radi pomoću jednostavne Breit-Wignerove formule. No dobro je poznat problem da ta formula radi tek za manji broj dugoživućih čestica. Velik broj čestica koje su važne u nuklearnoj i čestičnoj fizici ne žive dovoljno dugo pa za njih ova formula ne radi dobro. Zbog toga se u istraživanjima koriste razne modifikacije Breit-Wignerove formule, koje su često toliko različite da iz istih podataka daju značajno različita svojstva rezonancija. Ova situacija je vrlo problematična u hadronskoj fizici, a naročito u području pobuđenih nukleonskih rezonancija - pobuđenih stanja protona i neutrona.

Ruđerovci su, kombinirajući iskustvo u analizi hadronskih eksperimenata i razvoju naprednih teorijskih modela nukleonskih rezonancija, pronašli modifikaciju Breit-Wignerove formule koja daje iznenađujuće dobre rezultate čak i za one rezonancije za koje standardan oblik formule uopće ne radi. Novu formulu primijenili su na nekoliko poznatijih problematičnih subatomskih rezonancija u prilično širokom energetskom rasponu od relativno laganog rho mezona, do stotinjak puta masivnijeg Z bozona.

Ruđerovci su pronašli modifikaciju Breit-Wignerove formule koja daje iznenađujuće dobre rezultate čak i za one rezonancije za koje standardan oblik formule uopće ne radi.

Za razliku od uobičajenih modernih pristupa u kojima se koriste vrlo kompleksni modeli u koje se ugrađuju sva dodatna saznanja o fizikalnim mehanizmima koji su u pozadini konkretnog rezonantnog fenomena, ova metoda ima identičan oblik u analizi sudara u kojima nastaje čestica koje se sastoji od lakog ili masivnog para kvarka i antikvarka (mezona), čestice koja se sastoji od tri kvarka (poput nukleona) i elementarne čestice koja se raspada (Z bozona). Zbog te neovisnosti o detaljima unutarnje dinamike fizikalnih sustava ovu metodu se smatra model neovisnom.

Ovim radom dodatno se objašnjavaju i neke nekonzistentnosti u referentnim tablicama svojstava rezonancija. U fizici pobuđenih nukleona postoje dvije gotovo ravnopravne skupine svojstava koji se za mnoge rezonancije značajno razlikuju. To su polarni parametri, koje preferiraju teorijski fizičari, i Breit-Wignerovi parametri, koje više koriste eksperimentalni (i koji već dugo nemaju baš nikakve veze s Breit-Wignerovom formulom). Prijepor oko toga koje od njih bi trebalo koristiti traje već desetljećima.

Trojica autora su primijetili da se njihova formula može napisati u dva matematički potpuno ekvivalentna oblika. U jednom obliku parametri u njihovoj formuli se mogu direktno povezati s Breit-Wignerovim parametrima koji se nalaze u referentnim tablicama, a u drugom obliku njihovi parametri odgovaraju upravo onim u tablicama polarnih parametara. Time su objasnili zašto je ovaj prijepor tako dugo trajao - izbor je doista stvar konvencije. No autori su u radu dali i razlog zbog koje preferiraju polarne parametre. Ne, nisu dva teorijska fizičara preglasala jednog eksperimentalnoga, već su pokazali da bi se Breit-Wignerova masa mogla mijenjati u ovisnosti o procesu u kojem se mjeri pa bi zbog toga nije baš praktično.

Ovaj rezultat omogućit će teorijskim znanstvenicima da predviđanja svojih modela, koja su u pravilu bila dana u polarnim parametrima, mogu prikazati kao BW parametre koje koriste eksperimentalni fizičari, te da eksperimentalni fizičari mogu "izmjeriti" polarne parametre i usporediti ih s predviđanjima teorijskih fizičara.

Možda bi bilo još zanimljivo dodati da je dr. Zauneru i dr. Ceciju ovo je treći rad u ovom prestižnom časopisu, a na svakom od njih su autori bili isključivo znanstvenici iz Hrvatske s IRB-ovom adresom.

Kontaktirajte nas

Ova stranica koristi kolačiće

neki od tih kolačića nužni su za ispravno funkcioniranje stranice, dok se drugi koriste za praćenje korištenja stranice radi poboljšanja korisničkog iskustva.

Za više informacija pogledajte naše uvjete korištenja.

  • Kolačići koji su nužni za ispravno funkcioniranje stranice. Moguće ih je onemogućiti u postavkama preglednika.