CMS – tai kompaktiškasis miuonų solenoidas (Compact Muon Solenoid), bendrosios paskirties detektorius Didžiajame hadronų greitintuve.
1968 m. buvo įrodyta, kad protonai sudaryti iš kvarkų, tačiau klausimas, ar kvarkai sudaryti iš dar mažesnių dalelių, vis dar neatsakytas. Šaltinis: A. Iqbal / CMS
Remiantis dabartiniu mūsų supratimu apie Visatą, kvarkai yra fundamentalios, taškinės dalelės: pagrindiniai statybiniai blokai, kurie nėra sudaryti iš mažesnių dalelių. Neseniai CMS straipsnyje aprašoma, kaip buvo tiriami kvarkai iki 10–20 metrų mastelio, siekiant patikrinti šią prielaidą.
Šiuo masteliu nebuvo nustatyta jokių sudedamųjų dalelių įrodymų, tačiau istorija rodo, kad struktūros, kurios kadaise buvo laikomos fundamentaliomis, gali atskleisti gilesnius sluoksnius: buvo nustatyta, kad materija susideda iš molekulių, kurios, vėliau atrasta, sudarytos iš atomų, o pastarieji savo ruožtu sudaryti iš tankaus branduolio, apsupto elektronų debesies.
Rutherfordas atrado branduolį, nukreipęs helio branduolių pluoštą į aukso folijos taikinį. Šie branduoliai išsibarstė nuo folijos aukso atomų įvairiais kampais, kuriuos Rutherfordas vėliau išmatavo. Ištyręs sklaidos kampų pasiskirstymą, jis sugebėjo įrodyti, kad atomų centre yra taškinis branduolys. Tai buvo įmanoma, nes eksperimentinėje sistemoje esantis helio pluoštas turėjo pakankamai energijos, kad ištirtų atomų vidų.
Tada buvo parodyta, kad branduolys sudarytas iš protonų ir neutronų, kurie vėliau buvo nustatyti kaip sudaryti iš kvarkų. LHC (Large Hadron Collider) eksperimentai, įskaitant CMS, dabar tęsia šias paieškas, naudodami itin didelės energijos daleles, kad ištirtų galimą kvarkų vidinę struktūrą.
Kai CMS viduje susiduria du protonų pluoštai, jie suskyla į juos sudarančius kvarkus. Šie išeinantys kvarkai tampa dviem čiurkšlėmis – dalelių purslais – kurias galima išmatuoti ir panaudoti sklaidos kampui tarp kvarkų atkurti.
Sklaidos kampo pasiskirstymą tarp dviejų čiurkšlių galima palyginti su pasiskirstymu, kuris būtų tikėtinas, jei kvarkas iš tiesų būtų taškinė dalelė. Naujausi CMS rezultatai, pagrįsti antrojo LHC paleidimo duomenimis, neparodė reikšmingo neatitikimo taškinio kvarko sklaidos pasiskirstymui. Tai reiškia, kad kvarkai greičiausiai nebus didesni nei 10 –20 metrų, jei jie yra sudėtinės struktūros.
Šis dydžio įvertinimas gautas iš energijos skalės apribojimų, kuriuose pasireiškia kvarkų „sudėtingumas“. Naujausio CMS straipsnio etaloniniam modeliui, kuriame buvo daroma prielaida, kad kvarkai yra sudėtiniai, naujausi rezultatai nustatė griežčiausią iki šiol nustatytą ribą – 37 TeV.
Panašiai kaip Rutherfordas sugebėjo identifikuoti atomo komponentus tik todėl, kad jo dalelių pluoštas turėjo pakankamai energijos, dalelių susidūrimų su didesnėmis energijomis tyrimas galėtų padėti mums nustatyti mažesnes potencialias struktūras kvarkuose. Trečiojo LHC paleidimo ir būsimo didelio šviesumo LHC duomenys galėtų padėti sumažinti sklaidos kampo matavimo neapibrėžtumus, leisdami mums identifikuoti dar mažesnes struktūras ir tęsti mažiausių materijos statybinių blokų paieškas.
Measurement of dijet angular distributions and search for beyond the standard model physics in proton-proton collisions at √s = 13 TeV, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2603.25458
Journal information:arXiv
R. Racz – pirmoji lietuvė, CERN vykdanti egzotinių dalelių pentakvarkų tyrimus
VU fizikas apie naujai atrastą dalelę CERN: įminta ketvirtį amžiaus trukusi mįslė