Dziesięć lat temu fizycy zastanawiali się, czy odkrycie bozonu Higgsa w Wielkim Zderzaczu Hadronów w Europie wskaże nową granicę poza Model standardowy cząstek subatomowych. Jak dotąd tak się nie stało – ale nowy pomiar innego typu bozonu w innym zderzaczu cząstek może załatwić sprawę.
To wynik nowych wyników z Detektor Zderzaczy w Fermilab, lub CDF, był jednym z głównych eksperymentów wykorzystujących zderzacz cząstek Tevatron w Fermilab Departamentu Energii USA w Illinois. Jeszcze nie czas wyrzucać podręczników do fizyki, ale naukowcy na całym świecie drapią się w głowę z powodu wartości, jaką niedawno podał zespół CDF dla masy bozonu W.
Bozony to cząstki przenoszące siły, które przenoszą dyskretne ilości energii między cząstkami materii. Na przykład siła elektromagnetyczna jest przekazywana przez bozony zwane fotonami, podczas gdy bozon Higgsa odpowiada za przenoszenie siły, która nadaje cząstkom masę.
Bozon W odgrywa rolę w Słaba energia jądrowa, który odgrywa rolę w rozpadzie radioaktywnym, a także w syntezie jądrowej – procesie, który sprawia, że słońce świeci. Cząstka została odkryta kilkadziesiąt lat temu w ośrodku badawczym CERN w Europie, w którym obecnie znajduje się Wielki Zderzacz Hadronów, a od tego czasu jej masa jest przedmiotem badań.
Z grubsza mówiąc, bozon W jest około 80 razy cięższy niż proton. Ale dla fizyków wyrażenie „prawie” nie jest wystarczająco dobre. Znajomość dokładnej wagi bozonu W jest ważna, ponieważ ta wartość jest uwzględniana w dokładnych równaniach wplecionych w Model Standardowy, jedną z najbardziej udanych teorii naukowych. Teoria wyjaśnia, w jaki sposób atomy są utrzymywane razem — a jej przewidywania, w tym dotyczące bozonu Higgsa, zostały wielokrotnie potwierdzone.
Jest jednak wiele rzeczy, których Model Standardowy nie wyjaśnia. Para biggiesów mających naturę do zrobienia Ciemna materia I ciemna energia, które razem stanowią ponad 95% zawartości wszechświata. Jeśli istnieją jakieś pomiary, które są sprzeczne z Modelem Standardowym, może to wskazywać na możliwość zrewidowania teorii.
Tu przychodzą wyniki CDF, Opublikowano w zeszłotygodniowym numerze ScienceDaj spokój: Fizycy przeanalizowali ogromne ilości danych zebranych w Tevatronie w latach 1985-2011 i opracowali pomiar masy o dokładności 0,01%. To dwukrotnie większa dokładność niż poprzedni najlepszy pomiar. Fermilab mówi, że to jak mierzenie goryla ważącego od 800 funtów do 1,5 uncji.
Jedynym problemem jest to, że 800-funtowy goryl wydaje się przechylać wagę na trzy czwarte funta nadwagi. Oczekiwana wartość masy bozonu W wynosiła 80357 MeV, czyli MeV, plus minus 6 MeV. Wartość CDF wynosi 80433 MeV plus minus 9 MeV.
„To była niespodzianka”, powiedział Chris Hayes z Oxford University, członek zespołu CDF, Powiedział w komunikacie prasowym.
Naukowcy z CDF twierdzą, że ich odkrycia utrzymują poziom ufności 7 sigma, co przekłada się na szansę 1 na 390 miliardów, która może być zinterpretowana jako szansa statystyczna.
Jeśli wyniki się utrzymają, fizycy teoretyczni będą musieli wykorzystać swoją siłę ognia, aby znaleźć sposób na wyjaśnienie rozbieżności. Mogą istnieć różne rodzaje machania rękami, aby powiązać supermasywny bozon z dziwnymi zjawiskami, od ciemnej materii i ciemnej energii po ciemną energię. Supersymetria i nowe tablice nieodkrytych cząstek.
Ale na to za wcześnie. Chociaż analiza statystyczna wygląda imponująco, wciąż istnieje szansa na cofnięcie skalowania. Tak było w przypadku W 2011 roku twierdzono, że neutrina mogą podróżować szybciej niż światło. Kiedy po raz pierwszy ogłoszono te wyniki, naukowcy stwierdzili, że poziom pewności był prawie tak wysoki, jak twierdzi teraz zespół CDF. Ale po dokonaniu przeglądu naukowcy znaleźli luki w ich konfiguracji eksperymentalnej, w tym: Nieprawidłowo podłączony kabel światłowodowy. Te neutrina są w rzeczywistości szybsze niż światło nie byłeś.
Wicedyrektor Fermilabu, Joe Lykken, powiedział, że same wyniki CDF nie wystarczą, aby wymusić całkowite przemyślenie Modelu Standardowego. „Chociaż jest to interesujący wynik, pomiar musi zostać potwierdzony innym eksperymentem, zanim będzie można go w pełni wyjaśnić” – powiedział.
Rzecznik CDF David Tupac, fizyk z Texas A&M University, powiedział, że nowo zgłoszone odkrycia stanowią wartościowe badanie Modelu Standardowego, niezależnie od tego, czy zostały potwierdzone.
„Teraz od społeczności fizyków teoretycznych i innych eksperymentów należy zbadanie tego i rzucenie światła na tę tajemnicę” – powiedział. „Jeśli różnica między wartością eksperymentalną a wartością oczekiwaną wynika z jakiegoś rodzaju nowej interakcji cząstek lub subatomów, co jest jedną z możliwości, istnieje duża szansa, że zostanie wykryta w przyszłych eksperymentach”.
Sprawdź ten wątek na Twitterze, aby uzyskać świadome spekulacje od Fizyk z Durham University, Martin Power O tym, co może oznaczać nadwaga W dla modelu standardowego:
To jest zaktualizowana wersja raportu opublikowanego po raz pierwszy w kosmiczny rekord.
Główne zdjęcie: Detektor zderzaczy Fermilaba, widoczny na tym zdjęciu, gdy się rozkładał, zarejestrował zderzenia cząstek o wysokiej energii w latach 1985-2011. (Źródło: Fermilab przez CERN)
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
