حجر ثقيل يسقط في بركة، فتنتشر على سطح الماء دوائر بنمط مميز — يمكن من خلاله معرفة ما يختبئ تحت الماء. هكذا تقريبًا يدرس الفيزيائيون اضمحلال الجسيمات: تحولات نادرة يتحول فيها جسيم ثقيل فجأة إلى جسيم خفيف، مصدرًا ضوءًا أو زوجًا من الجسيمات المشحونة. في العمل الجديد، تم لأول مرة حساب هذه العملية لجسيم يسمى كسي-باريون — «الوزن الثقيل» في عالم الجسيمات دون الذرية.
يحتوي كسي-باريون على كوارك ب b ثقيل واحد (جسيم يشكل، على سبيل المثال، البروتون، لكنه أثقل بكثير) وكواركين أخف وزنًا. عندما يتحول كوارك b إلى كوارك آخر أخف، يتغير الجسيم بأكمله: بدلاً من كسي-باريون، نحصل على جسيم آخر — لامدا-باريون. توصف هذه التحولات بمعادلات معقدة تعتمد على كيفية توزيع الشحنات والتيارات داخل الجسيم. تسمى هذه «المعادلات» بعوامل الشكل، وقد قام مؤلفو العمل بحسابها باستخدام طريقة تسمى كروموديناميكا الكمومية الشبكية (Lattice QCD). الكروموديناميكا الكمومية الشبكية هي طريقة حسابية يتم فيها تقسيم المكان والزمان إلى خلايا صغيرة جدًا، مثل شبكة، ويتم حل المعادلات على هذه الشبكة باستخدام الحواسيب الفائقة.
أظهرت الحسابات عدد المرات التي يضمحل فيها كسي-باريون مع إصدار ضوء (فوتون) أو مع إنتاج زوج من الجسيمات — ميون ومضاد الميون (أقارب الإلكترون الثقيل). هذه الاضمحلالات نادرة للغاية: حوالي مرة واحدة لكل مليار حالة. ولكن في هذه الندرة تكمن قيمتها. إذا اكتشفت التجارب أن الاضمحلال يحدث أكثر أو أقل مما تتنبأ به النظرية الحالية (النموذج القياسي)، فسيكون ذلك علامة على وجود جسيمات أو قوى جديدة لا نعرفها بعد.
النتيجة هي خريطة يمكن للمجربين في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) والمنشآت الأخرى استخدامها للبحث عن انحرافات عن التوقعات. كما يمكن لنمط الماء من الحجر أن يخبرنا عن عمق البركة، كذلك يمكن للاضمحلالات النادرة لكسي-باريون أن تساعدنا في النظر إلى ما وراء حدود الفيزياء المعروفة.
يعيش كسي-باريون أقل من جزء من مليار من الثانية، لكنه خلال هذا الوقت يقطع عدة سنتيمترات في الكاشف — وهو ما يكفي لترك أثر واضح.