Переключиться на мобильную версию

Физики, возможно, открыли "новую силу природы" в эксперименте на LHC

Большой адронный коллайдер (БАК) вызвал ажиотаж во всем мире в марте, когда физики элементарных частиц сообщили соблазнительные доказательства новой физики - потенциально новой силы природы.
Визуализация эксперимента LHCb.
Визуализация эксперимента LHCb.
ЦЕРН

Новый результат гигантского коллайдера частиц ЦЕРН, который еще не был рассмотрен, кажется, добавляет дополнительную поддержку этой идее.

Лучшая в настоящее время теория частиц и сил известна как стандартная модель, которая с безошибочной точностью описывает все, что мы знаем о физических веществах, из которых состоит мир вокруг нас.

Стандартная модель, без сомнения, самая успешная научная теория, и в то же время мы знаем, что она неполная.

Читай также: Физики нашли новую силу природы

Как известно, он описывает только три из четырех фундаментальных сил - электромагнитную силу, а также сильную и слабую силы, не считая гравитации. У него нет объяснения темной материи, которая, по словам астрономов, доминирует во Вселенной, и не может объяснить, как материя выжила во время Большого взрыва .

Поэтому большинство физиков уверены, что должно быть больше космических ингредиентов, которые еще предстоит открыть, и изучение множества фундаментальных частиц, известных как прекрасные кварки, является особенно многообещающим способом получить представление о том, что еще может быть там.

Красивые кварки, иногда называемые нижними кварками, представляют собой элементарные частицы , которые, в свою очередь, составляют более крупные частицы. Существует шесть разновидностей кварков, которые называются «вверх», «вниз», «странное», «очарование», «красота / низ» и «правда / верх». Например, верхние и нижние кварки составляют протоны и нейтроны в атомном ядре.

Читай также: Самый большой в мире разрушитель атомов может создавать черные дыры

Красивые кварки нестабильны: в среднем они живут около 1,5 триллионных долей секунды, прежде чем распасться на другие частицы. На то, как распадаются прекрасные кварки, может сильно влиять существование других фундаментальных частиц или сил.

Когда красивый кварк распадается, он превращается в набор более легких частиц, таких как электроны, под действием слабого взаимодействия. Один из способов, с помощью которого новая сила природы может заявить о себе, - это незаметно изменить частоту распада прекрасных кварков на частицы разных типов.

Мартовская статья была основана на данных эксперимента LHCb, одного из четырех гигантских детекторов частиц, которые регистрируют результаты столкновений сверхвысоких энергий, произведенных LHC. (“B“ в LHCb означает “красота“.)

Было обнаружено, что прекрасные кварки распадаются на электроны, а их более тяжелые собратья, называемые мюонами, с разной скоростью. Это было поистине удивительно, потому что, согласно стандартной модели, мюон в основном является копией электрона - идентичным во всех отношениях, за исключением того, что он примерно в 200 раз тяжелее.

Это означает, что все силы должны притягивать электроны и мюоны с равной силой - когда красивый кварк распадается на электроны или мюоны под действием слабого взаимодействия, это должно происходить одинаково часто.

Вместо этого физики обнаружили, что распад мюона происходит примерно на 85 процентов реже, чем распад электрона. Если предположить, что результат верен, единственный способ объяснить такой эффект будет, если какая-то новая сила природы, которая по-разному тянет электроны и мюоны, мешает распаду красивых кварков.

Читай также: Исследование: Экзотические компактные объекты могут скоро нарушить физику

Результат вызвал огромный ажиотаж среди физиков элементарных частиц. Мы десятилетиями искали признаки чего-то, выходящего за рамки стандартной модели, и, несмотря на десять лет работы на LHC, до сих пор ничего убедительного не найдено.

Таким образом, открытие новой силы природы было бы огромным делом и, наконец, могло бы открыть дверь к разгадке некоторых из самых глубоких загадок, стоящих перед современной наукой.

Хотя результат был заманчивым, он не был окончательным. Все измерения имеют определенную степень неопределенности или «ошибки». В данном случае вероятность того, что результатом является случайное статистическое колебание, составляла лишь примерно один шанс из 1000 - или «трех сигм», как мы говорим на языке физики элементарных частиц.

Один из 1000 может показаться не таким уж большим, но мы проводим очень большое количество измерений в физике элементарных частиц, и поэтому вы можете ожидать, что небольшая горстка выбросит выбросы случайно.

Чтобы быть действительно уверенным в том, что эффект реален, нам нужно достичь пяти сигм - что соответствует менее чем одному шансу на миллион того, что эффект будет вызван жестокой статистической случайностью.

Читай также: Большой адронный коллайдер побил все рекорды

Чтобы добраться туда, нам нужно уменьшить размер ошибки, а для этого нам нужно больше данных. Один из способов добиться этого - просто провести эксперимент дольше и записать больше распадов.

Эксперимент LHCb в настоящее время модернизируется, чтобы в будущем можно было регистрировать столкновения с гораздо большей скоростью, что позволит нам проводить гораздо более точные измерения. Но мы также можем получить полезную информацию из данных, которые мы уже записали, ища похожие типы распадов, которые труднее обнаружить.

В мартовском исследовании изучались прекрасные кварки, объединенные в пары с “восходящими“ кварками. В новом результате были изучены два распада: в одном прекрасные кварки были спарены с “нижними“ кварками, а в другом они также были спарены с восходящими кварками.

То, что спаривание отличается, не должно иметь значения - распад, который происходит глубоко внутри, такой же, и поэтому мы ожидаем увидеть тот же эффект, если действительно есть новая сила.

На этот раз распады мюонов происходили примерно на 70 процентов чаще, чем распады электрона, но с большей ошибкой, а это означает, что результат составляет примерно “две сигмы“ стандартной модели (примерно два из ста шансов быть статистической ошибкой).

Читай также: Большой адронный коллайдер закрыли на реконструкцию

Это означает, что, хотя результат сам по себе не является достаточно точным, чтобы претендовать на твердое доказательство существования новой силы, он очень близко совпадает с предыдущим результатом и добавляет дополнительную поддержку идее о том, что мы можем оказаться на грани серьезного конфликта. прорвать.

Конечно, надо быть осторожными. Есть еще какой-то способ успокоиться, прежде чем мы сможем с некоторой степенью уверенности заявить, что действительно наблюдаем влияние пятой силы природы.

Физики в настоящее время усердно работают над тем, чтобы выжать как можно больше информации из существующих данных, в то же время усердно готовясь к первому запуску модернизированного эксперимента LHCb.

Между тем, другие эксперименты на LHC, а также эксперимент Belle 2 в Японии приближаются к тем же измерениям. Приятно думать, что в ближайшие несколько месяцев или лет может открыться новое окно в отношении самых фундаментальных ингредиентов нашей Вселенной.

Напомним, ранее сообщалось, что новая аномалия нарушила Стандартную модель физики.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

Комментариев (0)
Оставляя комментарий, пожалуйста, помните о том, что содержание и тон Вашего сообщения могут задеть чувства реальных людей, непосредственно или косвенно имеющих отношение к данной новости. Пользователи, которые нарушают эти правила грубо или систематически, будут заблокированы.
Полная версия правил
Осталось 300 символов
Реклама
Мы в соцсетях
Реклама
Реклама
Для удобства пользования сайтом используются Cookies. Подробнее здесь