26 мая, 2022

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Масса высшего бозона W относится к отверстиям в щите Стандартной модели.

Увеличить / Иллюстрация события-кандидата на распад бозона W на один мюон и одно нейтрино в результате протон-протонных столкновений, зарегистрированное детектором ATLAS Большого адронного коллайдера в 2018 году.

Сотрудничество Атлас/ЦЕРН

Стандартная модель физики элементарных частиц Он выдерживал суровые испытания за испытаниями на протяжении многих десятилетий, и Открытие бозона Хиггса В 2012 году он стал последней наблюдательной частью головоломки. Но это не остановило физиков от настойчивых поисков новой физики, выходящей за рамки того, что предсказывает модель. На самом деле мы знаем, что эта модель должна быть неполной, поскольку она не учитывает гравитацию и не объясняет существование темной материи во Вселенной. Он также не может объяснить ускоряющуюся скорость расширения Вселенной, которую многие физики приписывают темной энергии.

Последний намек на то, что Стандартная модель может нуждаться в пересмотре, исходит от нового точного измерения W-бозона, проведенного коллаборацией CDF II Фермилаб. Это измерение дало статистически значимо более высокую массу бозона W, чем предсказывала стандартная модель, — в пределах семи стандартных отклонений, согласно новая бумага Опубликовано в журнале Science. Это также противоречит предыдущим прецизионным измерениям массы W-бозона.

«Удивительно высокое значение массы W-бозона, о котором сообщает CDF Collaboration, напрямую бросает вызов фундаментальному элементу, лежащему в основе Стандартной модели, в которой как экспериментальные наблюдения, так и теоретические предсказания считались хорошо установленными и понятными», — написал он на конференции. Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) и Мартин Малдерс (ЦЕРН) сопутствующая перспектива. «Открытие… предлагает новый захватывающий взгляд на современное понимание фундаментальных структур материи и сил во Вселенной».

Сказав это, физики были здесь раньше: сбитые с толку намеками на захватывающую новую физику только для того, чтобы их надежды рухнули, когда появилось больше доказательств. Экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств, и это, безусловно, экстраординарное утверждение. «Если это правда, это имеет значение, потому что Стандартная модель была бы неправильной», — сказал Ars Клиффорд Чунг, физик из Калифорнийского технологического института. «Но очевидные разногласия в испытаниях требуют крайней осторожности».

READ  Гигантская лунная ракета NASA Artemis I пройдет еще одно испытание перед запуском в июне
Стандартная модель элементарных частиц, включая античастицы.
Увеличить / Стандартная модель элементарных частиц, включая античастицы.

Стандартная модель описывает основные строительные блоки Вселенной и то, как развивалась материя. Эти блоки можно разделить на две основные группы: фермионы и бозоны. Фермионы составляют всю материю во Вселенной, включая лептоны и кварки. Лептоны — это частицы, которые не участвуют в удержании атомного ядра вместе, такие как электроны и нейтрино. Их работа состоит в том, чтобы помочь материи измениться посредством ядерного распада на другие частицы и химические элементы, используя слабое ядерное взаимодействие. Кварки составляют атомное ядро.

Бозоны — это связи, удерживающие вместе другие частицы. Бозоны переходят от одной частицы к другой, и это приводит к возникновению сил. Есть четыре измерительных бозона, связанных с взаимодействием. Глюон связан с сильным ядерным взаимодействием: он «склеивает» ядра атома вместе. Фотон переносит электромагнитную силу, которая вызывает появление света. Бозоны W и Z несут слабое ядерное взаимодействие и приводят к различным типам ядерного распада. Кроме того, есть бозон Хиггса, который является проявлением поля Хиггса. Поле Хиггса — это невидимая сущность, пронизывающая всю вселенную. Взаимодействия между полем Хиггса и частицами помогают придать частицам массу, частицы, которые взаимодействуют сильнее и имеют большую массу.

Экспериментальные измерения и теоретические предсказания массы W-бозона.
Увеличить / Экспериментальные измерения и теоретические предсказания массы W-бозона.

Сотрудничество CDF и Фермилаб

Бозон W является фундаментальным строительным блоком Стандартной модели, и улучшение измерений его массы помогает физикам продолжать совершенствовать и тестировать Стандартную модель. Но это сложное измерение. Как научный редактор Арс Джон Тиммер Упоминается в 2012 г.:

[The W boson] я был первое открытие еще в 1980-х годах на ускорителе SPS в ЦЕРН, который сейчас является частью Цепь ускорителя, питающая LHC. С тех пор несколько ускорителей произвели достаточно W, чтобы дать оценку их массы, и все они поместили их выше 80 ГэВ в диапазоне ошибок около 100 МэВ…

Поскольку мы не можем напрямую обнаружить бозоны W с помощью этих устройств, исследователям пришлось добавить массу и энергию, которые высвобождаются при их распаде. Это включает в себя энергию, переносимую любым фотоном, массу и импульс частицы, а также оценки любой энергии, уносимой быстро движущимися нейтрино, которые бесследно проходят через детекторы. Остальные ошибки в оценке массы происходят из-за неопределенностей в этих различных процессах.

Команда CDF II проанализировала записанные данные за 10 лет, включающие около 4 миллионов событий фильтра W-бозона, и пришла к выводу о массе 80,433 ГэВ, ± 0,9,4. Это контрастирует с предыдущими измерениями массы бозона W, в том числе сделанными CDF II в 2012 году (80 387 ГэВ, ± 0,02) и Атласом в ЦЕРНе. в 2018 году (80,370 ГэВ, ±19).

READ  Ледник Судного дня в Антарктиде может вскоре обрушиться: новое исследование

«Это загадочный результат, поскольку он не просто находится в большом противоречии со Стандартной моделью, что само по себе не так уж плохо, как может показаться. [new] По словам физика Калифорнийского технологического института Мишеля Бабучи, поиск физики, вероятно, будет осуществляться Большим адронным коллайдером, но он также находится в состоянии напряженности с предыдущими измерениями.