Djävuls Leksak. En Ny Partikel Från Collideren Hotar Att Förstöra All Fysik - Alternativ Vy

Innehållsförteckning:

Djävuls Leksak. En Ny Partikel Från Collideren Hotar Att Förstöra All Fysik - Alternativ Vy
Djävuls Leksak. En Ny Partikel Från Collideren Hotar Att Förstöra All Fysik - Alternativ Vy

Video: Djävuls Leksak. En Ny Partikel Från Collideren Hotar Att Förstöra All Fysik - Alternativ Vy

Video: Djävuls Leksak. En Ny Partikel Från Collideren Hotar Att Förstöra All Fysik - Alternativ Vy
Video: Fysik 1 Ljus och materia: Våg eller partikel 2024, Mars
Anonim

Forskare som arbetade i CMS-samarbetet rapporterade den troliga upptäckten av en okänd partikel som ruttnar till muoner med en totalmassa på 28 GeV. För närvarande förutspår ingen teoretisk modell förekomsten av denna partikel, men forskare hoppas att denna avvikelse inte är resultatet av ett statistiskt fel. Observationsförtrycket är tillgängligt i arkivet arXiv.org. Vi kommer att berätta i detalj om studien, som kan visa sig vara en genombrott upptäckt och en annan puff.

Hellish spiral

Compact Muon Solenoid, eller CMS (Compact Muon Solenoid), är en stor partikeldetektor belägen vid Large Hadron Collider (LHC). Denna gigantiska enhet med en diameter på 15 meter och en vikt på 15 tusen ton är utformad för att söka efter ny fysik - fysik utöver standardmodellen. Om standardmodellen beskriver egenskaperna hos alla kända elementära partiklar (och vissa har ännu inte bekräftats) försöker hypoteser inom ramen för New Physics förklara olika fenomen som fortfarande är ett mysterium för forskare.

Enligt en av hypoteserna - supersymmetri - motsvarar varje känd elementär partikel en superpartner med en tyngre massa. Exempelvis är partner till elektronen, som är fermion, selektronboson, och partner till gluon (som är boson) är gluino fermion. Bristen på resultat för att bekräfta supersymmetri har emellertid lett till att denna modell överges av fler och fler forskare.

Image
Image

Proton-proton kollisioner äger rum i detektorn. Varje proton består av tre kvarkar som hålls samman av gluonfältet. Vid en hög hastighet, jämförbar med ljusets hastighet, förvandlas gluonfältet till en "soppa" av partiklar - gluoner. Vid en motsatt kollision av protoner interagerar bara några få kvarkar eller gluoner med varandra, resten av partiklarna flyger obehindrat. Reaktioner äger rum som producerar många kortlivade partiklar, och olika CMS-detektorer registrerar sina sönderfallsprodukter, inklusive muoner. Muons liknar elektroner, men 200 gånger mer massiva.

Med hjälp av detektorer belägna utanför magnetventilen kan forskare spåra banorna för muoner med hög noggrannhet och bestämma exakt vad som orsakade utseendet på en viss partikel. Ett stort antal proton-protonkollisioner krävs för att öka chansen att producera en sällsynt partikel som sönderdelas i muoner. Detta genererar en astronomisk mängd data (cirka 40 terabyte per sekund), och för att snabbt hitta något ovanligt i dem används ett speciellt triggersystem som bestämmer vilken information som ska registreras.

Kampanjvideo:

Spöket inuti

CMS, tillsammans med ATLAS-detektorn, också belägen vid LHC, användes för att söka efter Higgs-boson som förutses av standardmodellen. Denna partikel är ansvarig för massan hos W- och Z-bosonerna (bärare av den svaga växelverkan) och bristen på massa i foton och gluon. 2012 upptäcktes Higgs-bosonen med en massa av 125 GeV. Men forskare tror att det kan finnas andra Higgs-bosoner med lägre massa utanför standardmodellen. De förutsägs av Higgs-modellen med två dubletter och NMSSM (nästa till minimal supersymmetriska standardmodell). Trots alla experimentella tester har forskare fortfarande inte kunnat bevisa eller motbevisa dessa hypoteser.

Forskare vid CMS letar efter andra ljusa exotiska partiklar. Dessa inkluderar till exempel mörka fotoner - bärare av en helt ny grundläggande interaktion som påminner om den elektromagnetiska och som är analoga med fotoner för mörk materia. En annan hypotetisk partikel är Z-bosons mörka analog.

Image
Image

Fysiker har genomfört ett experiment för att hitta bevis för en lätt boson, som släpps ut av ett par vackra kvarkar (b-kvarkar) och förfaller till en muon och anti-muon. Under experimentet i proton-proton-kollisioner vid en energi i masssystemets centrum (ett system där partiklar har lika och motsatt riktade moment) lika med 8 TeV, registrerades ett antal händelser som troligen är förknippade med en hypotetisk boson.

Den första typen av händelser inkluderar utseendet på en jet med b-kvarkar i mitten av detektorn och dess främre del, och den andra - utseendet på två strålar i mitten och inte en enda jet i den främre delen. I båda fallen observerades ett överskott av de framväxande paren av muoner, och massan hos paren, som visats genom efterföljande analys, nådde 28 GeV. Skillnaden i antalet muonpar från bakgrundsvärdena för händelser av den första typen är 4,2 standardavvikelse (sigma), och för händelser av den andra typen är det 2,9 sigma.

Fysikens död

I partikelfysik indikerar en skillnad på fem sigma en viss existens av en avvikelse som inte kunde ha inträffat av en slump. Men om skillnaden ligger i 3-5 sigma-intervallet, säger fysiker att detta bara indikerar att det finns en ny partikel. I det senare fallet är det nödvändigt att få mycket mer data för att bekräfta (eller motbevisa) resultatet för att utesluta fel i databehandling och tolkning. Om allt bekräftas, kan vi säga att muoner uppstår på grund av förfall av en partikel av ny fysik.

Detta är inte första gången ett fenomen har observerats vid LHC som inte passar in i standardmodellen. 2016 meddelade fysiker upptäckten av tecken på förekomsten av en resonans motsvarande en massiv kortlivad partikel. Det registrerades 2015 som ett överskott av par fotoner med en total massa av 750 GeV, i vilken denna partikel förmodligen sönderfaller. Med andra ord, denna partikel borde ha varit sex gånger massivare än Higgs boson. Analys av de uppgifter som samlats in på collideren senare bekräftade dock inte detta resultat.

Image
Image

Hittills har fysiker inte hittat några pålitliga spår av förekomsten av ny fysik. Det finns dock ingen tvekan om att den borde existera, eftersom standardmodellen inte kan förklara sådana fenomen som problemet med hierarkin för fermionmassor (en hypotetisk Goldstone-boson införs för att lösa den), förekomsten av massa i neutrino, asymmetri av materia och antimateria, ursprunget till mörk energi och andra. Själva närvaron av mörk materia i universum förutsätter en hel klass hypotetiska partiklar med exotiska egenskaper som utgör det. Paradoxalt nog, allt som forskare har kunnat göra hittills är att experimentellt bekräfta den utmattade standardmodellen.

Vissa forskare föreslår att om det är möjligt att bevisa den nya fysiken, så bör detta göras inom en mycket nära framtid, inom de närmaste åren. Annars kommer det att vara möjligt att allvarligt frukta att mänskligheten inte längre kan göra betydande upptäckter. Det är uppmuntrande att fler och fler avvikelser har påträffats på acceleratorer nyligen, vilket antyder att forskare är på gränsen till något helt nytt.

Alexander Enikeev

Rekommenderas: