W bozonu parçacığının kütlesi şu şekilde bulundu: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Tam olarak olduğu gibi olmak Standart form Parçacık fizikçileri, Fermilab’ın farklı bir kütlenin varlığını ve dolayısıyla yeni fiziğin olasılığını gösteren önceki sonuçlarıyla çelişen durumun böyle olmasını bekliyor.
Bu keşif, Standart Model’i parçacık dünyasının en iyi tasviri olarak desteklerken, bilim insanları modellerinin aslında yanlış olduğunu ve W bozonunun kütlesindeki tutarsızlığın, aşağıdaki gibi gizemleri açıklayabilecek yeni teorilere yol gösterebileceğini umuyorlardı: parçacıkların kimliği. Karanlık maddetüm maddenin %85’ini temsil eder evren Ama onlar bizim için neredeyse görünmez kalıyorlar.
Bozonlar Taşıyan temel parçacıklardır Doğanın güçleri. the Güçlü güç hangisi bağlanır Kuarklar Birlikte içeride Protonlar Ve Nötronlar adı verilen bir bozon tarafından taşınır. GluonElektromanyetik kuvvet bozonu bir fotondur ve radyoaktif bozunmadan sorumlu olan zayıf kuvvetin üç bozonu vardır: W+, W– ve Z bozonu.
Bu parçacıkların kütlelerini ölçmek zordur çünkü diğer parçacıklara bozunmadan önce inanılmaz derecede geçici bir varoluşa sahiptirler. Bu nedenle, fizikçiler ellerinden gelenin en iyisini yaparak, ilk önce ışık hızına yakın hızda hareket eden proton ışınlarıyla çarpışarak bozonlar yaratıyorlar. Işık hızı Parçacık hızlandırıcının içinde. Örneğin LHC’de protonlar toplam 13 trilyon elektron volt (eV) enerjiyle çarpışır. Çarpışma üzerine protonlar, bazıları bozon olan diğer parçacıklara bozunmaya zorlanır (parçacıklar bu şekilde oluşur). Higgs bozonu(Neredeyse her şeyi bir arada tutan ve her şeye kütlesini veren Higgs alanı, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda keşfedildi.) Daha sonra bozonların kendileri de bozunur ve kütleleri en iyi şekilde, bozonlar tarafından üretilen tüm parçacıkların kütlelerinin birleştirilmesiyle ölçülür.
İlgili: Büyük Hadron Çarpıştırıcısının halefi karanlık evreni nasıl arayacak?
Bozonlar lepton (veya anti-lepton) adı verilen parçacıklara bozunurlar. Elektronlarmüonlar veya tau parçacıkları (bir lepton, yarım tamsayılı bir dönüşle tanımlanır, yani 1/2 veya 3/2). Z bozonu, müon adı verilen ve ölçülmesi nispeten kolay olan iki başka parçacığa bozunur. Z bozonunun kütlesinin 91.187,6 MeV değeri ve ±2,1 MeV hata payı ile iyi bilinmesinin nedeni budur.
Ancak W+ ve W- bozonları da leptona (ya da antileptona) bozunur. NötrinoSorun burada yatıyor.
Nötrinolar, tespit edilmesi zor olan ve dedektörlerden hayalet gibi geçebilen son derece küçük parçacıklardır. Şu anda vücudunuzda trilyonlarca nötrino dolaşıyor ama siz bunu bilemezsiniz. Bu nedenle onları tespit etmek için Antarktika’daki IceCube Nötrino Gözlemevi’nde bir kilometreküp buzun fotoçoğaltıcı tüplerle karıştırılması gerekiyor. LHC ayrıca nötrinoları da tespit edebilir, ancak bu yeteneği yakın zamanda FASER (İleri Arama Deneyi) ve SND (Saçılma Nötrino Dedektörü) adlı iki dedektörle kazanmıştır. LHC, ilk nötrino tespitlerini Ağustos 2023’te duyurdu.
Standart Model, elektromanyetik kuvvet ile zayıf kuvveti birleştiren ve “elektrozayıf teori” adı verilen bir teoriye dayanarak W+ ve W- bozonlarının kütlesinin 80.357 MeV, ± 6 MeV olduğunu tahmin etmektedir. Bununla birlikte, 2022 yılında, 2011 yılına ait eski verileri yeniden analiz eden fizikçiler (Fermilab’ın Illinois, ABD’deki Tevatron parçacık hızlandırıcısı tarafından üretilmiştir), 80.433 MeV, ± 9 MeV’lik bir W bozon kütlesi belirlediler. Bu, W bozonu kütlesini Standart Model aralığının dışına çıkardı. Eğer doğruysa, bu, “süpersimetri” (Standart Modeldeki her parçacığın ek, daha büyük bir karşılığı olduğunu varsayan) ve kuantum halkası yerçekimi (evrenin dokusunun nasıl çok küçük parçacıklardan oluşabileceğini açıklayan) gibi yeni fizikleri ima eder. kuantum halkaları). Sonuç olarak fizik dünyası bu olasılıklar konusunda oldukça heyecanlanmaya başladı.
Ne yazık ki durum böyle değildi.
2023 yılında LHC’deki ATLAS deneyi, W bozonunun kütlesini 80.360 MeV ± 16 MeV olarak ölçtü; bu, Standart Model ile zaten tutarlıdır; ancak Fermilab’ın ilginç bulguları göz önüne alındığında, ATLAS’ın, W bozonunu etkileyen bazı fark edilmemiş sistematik hatalara sahip olduğuna dair endişeler vardı. onun ölçümleri.
Bununla birlikte, LHC’deki Kompakt Müon Solenoidi (CMS) deneyi ile W bozonu kütlesine ilişkin yeni ölçümler yapılmıştır ve bunlar da Standart Model ile tutarlı olup, 80.360,2 ± 9,9 MeV’lik bir kütle üretmektedir. Bu yalnızca 1,42 × 10^–25 kilograma karşılık gelir.
“Aslında kütlesi 1 x 10^–25 kg veya protonun kütlesinin yaklaşık 80 katı olan bir parçacığın ağırlığını ölçmek için 14.000 tonluk bir ölçek kullandık”. ifade.
Pek çok fizikçi elbette W bozonu kütle paradoksunun kanıtlanacağını umuyordu çünkü bu, bu kütle paradoksunu açıklamak için ihtiyaç duyulan yeni fiziğin kapısını açacaktı. Süpersimetriyi örnek alırsak bu kavram karanlık maddeyi açıklamanın yolunu gösterebilir. Şu anda karanlık madde için önde gelen aday, WIMP adı verilen ve süpersimetri sınırları içinde mükemmel bir şekilde uyum sağlayabilecek, zayıf şekilde etkileşime giren büyük kütleli parçacık anlamına gelen, Zayıf Etkileşen Kütleli Parçacık anlamına gelen bir parçacık türüdür. Ancak ne yazık ki, Standart Model’deki parçacıklar için henüz süpersimetrik ortaklar bulunamamıştır ve süpersimetri teorisi kanıtlanmaktan çok uzaktır.
Bakhtis, “Herkes onu teorinin dışında ölçebileceğimizi umuyordu, bu da yeni fizik için umutları ateşleyecekti” diyor ve ekliyor: “W bozonu kütlesinin teoriyle tutarlı olduğunu doğrulayarak, yeni fiziği başka yerde aramalıyız.” Higgs bozonunu da yüksek hassasiyetle inceleyerek.”
Ancak W bozonunun kütlesinin doğrulanması başka şeylere de kapı açıyor. Örneğin, Higgs alanının gücünü daha iyi değerlendirmek veya elektrozayıf teoriyi daha iyi anlamak için bu kütle ölçümünü kullanmak mümkündür. Bu gelişmeler, CMS’nin W bozon kütlesini ölçme yönteminden dolayı seçeneklerdir: yayılan müonların enerjisini, toplam W bozon kütlesinin yalnızca %0,01’ini temsil eden yalnızca %0,01’lik bir hata payı ile kalibre ederek. İstekler ile sonsuzluk Daha önce mümkün olduğu düşünülenden daha doğru.
Bakhtis ile sekiz yıldır bu proje üzerinde çalışan doktora öğrencisi Elisabetta Manca, “Bu yeni hassasiyet düzeyi, W, Z ve Higgs bozonunu içerenler gibi kritik ölçümleri daha yüksek hassasiyetle ele almamıza olanak tanıyacak” dedi.
Yani Standart Model yine kazanıyor; ancak karanlık madde gibi kozmik gizemlerin yükselişte olmasıyla birlikte, Karanlık enerji Hubble gerilimi bile, fizik dünyasının önünü aydınlatmak için fizik anlayışımızdaki bir şeyin bir noktada kırılması gerekecek.
Sonuçlar CERN web sitesinde açıklanıyor CMS web sitesi.
“Pop kültürkolik. Web nerd. Sadık sosyal medya uygulayıcısı. Seyahat fanatiği. Yaratıcı. Yemek gurusu.”
More Stories
SpaceX, mahsur kalan iki astronotun uzay istasyonundan geri dönmesini sağlayacak bir kapsül fırlattı
Rekor kıran Samanyolu haritasında 1,5 milyar nesne görüntüleniyor: ‘Galaksimizin görünümünü sonsuza kadar değiştirdik’
Çalışma, karanlık maddenin sıradan maddeyle etkileşime girebileceğini öne sürüyor