De ce toată lumea vorbește despre noua măsurare a bosonului W

La un deceniu după închiderea sa, rezultatele analizate de Detectorul de coliziune (CDF) al Fermilab au măsurat că masa bosonului W, o particulă elementară, a fost puțin mai grea decât cea prezisă de așa-numitul model standard al particulelor fizicii pământului. . Rezultatele au fost calculate după analizarea rezultatelor CDF timp de zece ani și este cea mai precisă măsurare a masei bosonului W realizată vreodată.

Modelul Standard este modelul nostru de realitate la cele mai fundamentale niveluri. Descrie particulele elementare, fermioni și bosoni, de diferite tipuri similare bosonului W și forțele care guvernează interacțiunile dintre ele. Dintre cele patru forțe fundamentale care guvernează întreaga realitate, Modelul Standard descrie trei: electromagnetismul, forța nucleară puternică care ține nucleele împreună și forțele nucleare slabe care guvernează dezintegrarea radioactivă a nucleelor.

Citeste si: Oamenii de știință descoperă specii de păianjen necunoscute anterior în India

Atât bosonii W cât și Z poartă forța nucleară slabă și sunt formați prin procese radioactive. CDF Collider a prăbușit trilioane de protoni și antiprotoni (antimateria se transformă în protoni, purtând aceeași masă, dar sarcină opusă) unul împotriva celuilalt, la viteze mari, într-un astfel de proces, care produce un boson W o dată la 10 milioane de ciocniri. Cu toate acestea, bosonul nu poate fi măsurat direct; se descompune mult prea repede și, prin urmare, prezența sa trebuie dedusă din particulele în care se descompune.

Este acest proces pe care senzorii sensibili ai CDF și apoi ai LHC sunt proiectați să îl observe. Calculul actual folosește 4,2 milioane de observații ale particulelor de boson W candidate, de aproape patru ori mai multe date decât ultima măsurătoare a grupului a masei bosonului W din 2012, iar experimentul a fost efectuat în orb pentru a minimiza riscul de părtinire umană. , ceea ce înseamnă că fizicienii care i-au analizat datele au fost ținuți în întuneric cu privire la rezultatele sale până când munca lor a fost finalizată.

„Numărul de îmbunătățiri și verificări suplimentare aduse rezultatului nostru este enorm”, a declarat Ashutosh V. Kotwal de la Universitatea Duke, care a condus lucrările, într-un comunicat.

Rezultatele dau masa bosonului W la 80.433,5 ± 9,4 MeV (un megaelectron-volt corespunde aproximativ cu masa-energia dintr-un electron), în timp ce predicțiile modelului standard prezic masa la 80.357 (MeV) ± 6 MeV. Deși eroarea (aproximativ 77 MeV) este mică, măsurarea este precisă cu 9 MeV, ceea ce face abaterea de aproape opt ori mai mare decât marja de eroare. Din punct de vedere matematic, semnificația statistică a rezultatului este de 7 sigma, cu mult peste standardul de aur acceptat statistic de 5 sigma în fizica particulelor. Aceasta înseamnă că, dacă nicio nouă fizică nu ar afecta bosonul W, abaterile cel puțin la fel de mari ca cele observate ar proveni totuși din pură întâmplare o dată la fiecare 800 de miliarde de ori experimentul a fost efectuat, în timp ce o 5-sigma corespunde unui efect dat care apare prin întâmplare o dată. la fiecare 3,5 milioane de execuții.

În trecut, discrepanțe precum masa bosonului W au evidențiat necesitatea și apariția unor noi teorii în fizică. De exemplu, oscilația orbitei lui Mercur, pe care teoriile newtoniene nu au putut-o explica, a deschis calea de la imaginile newtoniene la imaginile einsteiniene ale lumii.

Această discrepanță ar putea însemna că calculele din spatele analizei experimentului sau a experimentului în sine au fost greșite sau că anumite părți ale modelului standard lipsesc. Cu toate acestea, lucrarea produsă în Science a fost revizuită de colegi, iar experimentul este cel mai precis realizat până în prezent. În consecință, rezultatele au lăsat comunitatea de fizică uimită și entuziasmată, deoarece ar putea rescrie fizica particulelor așa cum este cunoscută în prezent prin Modelul Standard.

„Nimeni nu se aștepta la această discrepanță”, spune Martijn Mulders, un fizician experimental la CERN, lângă Geneva, care nu a fost implicat în noua cercetare, dar a co-scris un comentariu însoțitor în Science, în timp ce se adresează Scientific American. „Este foarte neașteptat. Aproape că se simte ca o trădare, deoarece ei tăie brusc unul dintre picioarele care susțin cu adevărat întreaga structură a fizicii particulelor.

„Modelul standard este o structură foarte echilibrată. Prin urmare, această măsură nu este doar o singură măsură. Dacă această măsurătoare se schimbă, atunci echilibrul modelului se schimbă, ceea ce înseamnă că trebuie să reevaluăm toate celelalte măsurători pe care le-am făcut și să vedem dacă, poate, prin modificarea altor parametri, lucrurile devin naturale”, a spus dr. Amol. Dighe, profesor. de Fizică la Departamentul de Fizică Teoretică, Tata Institute for Basic Research (TIFR) în timp ce se adresează mentă

DOSAR – Un tehnician lucrează în tunelul LHC (Large Hadron Collider) al Organizației Europene pentru Cercetare Nucleară, CERN, lângă Geneva, Elveția, marți, 16 februarie 2016.
(AP)


De exemplu, modelul standard a fost folosit pentru a prezice proprietăți precum masa și sarcina mai multor particule, care au fost descoperite mai târziu în ceea ce este cunoscut drept marea eră a fizicii particulelor în secolul al XX-lea. Cel mai faimos dintre acestea a fost bosonul Higgs, supranumit „particulă zeului”, care dă masă tuturor celorlalte particule, inclusiv bosonului W. Higgs, care a fost descoperit în cele din urmă la Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, a avut de asemenea o masă prezisă de modelul standard.

Cu toate acestea, modelul standard s-a confruntat și cu provocări înainte de rezultatele acestui experiment, principala dintre ele fiind incapacitatea sa de a lua în considerare materia întunecată, energia întunecată, masele de neutrini și gravitația. În acest context, rezultatele întăresc convingerea oamenilor de știință că există o „nouă fizică” dincolo de Modelul Standard către care arată rezultatele.

„În calitate de fizician al particulelor, sunt sigur că pot spune că trebuie să existe mai multă fizică de descoperit dincolo de Modelul Standard. Aceste mistere sunt cele care oferă fizicienilor noi indicii și noi motive pentru a continua să caute o înțelegere mai deplină a materiei, energiei, spațiului și timpului”, a spus John Conway, membru al echipei care a construit și gestionat detectorul de coliziuni la Fermilab (CDF). . , într-un articol despre Conversatia.

Nu ceea ce înțelegeți, ci ceea ce nu înțelegeți este interesant în întreprinderea științifică. În trecut, discrepanțe precum masa bosonului W au evidențiat necesitatea și apariția unor noi teorii în fizică. De exemplu, oscilația orbitei lui Mercur, pe care teoriile newtoniene nu au putut-o explica, a deschis calea de la imaginile newtoniene la imaginile einsteiniene ale lumii. În mod similar, experimentele cu dublă fantă au deschis calea pentru mecanica cuantică.

Cu toate acestea, oamenii de știință își depun diligența în încercarea de a analiza rezultatele lucrării științifice și metodologia acesteia. Ne așteptăm la o multitudine de lucrări care încearcă să explice discrepanța de masă prin noi teorii și particule. Unul dintre candidații pentru același lucru este supersimetria – o teorie care nu a produs niciun rezultat până acum, în ciuda experimentelor pentru a găsi astfel de particule supersimetrice la LHC. Ne putem aștepta la mai mult în viitorul apropiat.

Binit Priyaranjan este jurnalist, autor și poet independent.

Citeste si: Cum observarea stelelor și știința spațială sunt în centrul atenției în India

.

Add Comment