درس الفيزيائيون نتائج مصادم تيفاترون لمدة 10 سنوات وتوصلوا إلى استنتاج مفاده أن التجربة
ماذا حدث؟
W-boso هو الجسيم الأساسي الذي يحمل القوة النووية الضعيفة. اتضح أنه أثقل بكثير مما هو عليه وفقًا للنموذج القياسي للفيزياء.
تم العثور على فرق قدره 0.09٪ بين البيانات النظرية والتجريبية. يبدو أن هذا صغير، ولكن هذا الخطأ أكبر بكثير من المعيار - 0.01٪.
هذه معلومات مهمة للغاية لجميع علماء الفيزياء.العالم ، كما تقول فلورنسيا كانيلي ، عالمة الفيزياء بجامعة زيورخ. إذا تم تأكيد البيانات التي تم الحصول عليها في تجارب أخرى ، فسيظهر أول تناقض خطير مع النموذج القياسي للفيزياء - هذه نظرية تصف جميع الجسيمات التي تتكون منها المادة ، وجميع التفاعلات الأساسية ، باستثناء الجاذبية.
نعم ، لا يعمل النموذج القياسي مع الجميعالعمليات. لذلك ، إذا ظهر تناقض خطير واحد على الأقل ، فسيتعين تغيير النموذج. لكن هناك فيزيائيون يتوخون الحذر بشأن نتائج التجربة.
توليد قياسات الكتلة W-boson على أساسيقول ماتياس شوت، عالم الفيزياء في جامعة يوهانس جوتنبرج، إن البيانات التجريبية هي عملية معقدة للغاية، وأود أن أفسر بعناية التناقض الحالي مع النموذج القياسي. وهو يعتقد أن الفيزيائيين بحاجة إلى أن يفهموا بأكبر قدر ممكن من الدقة سبب حدوث مثل هذه التناقضات.
ماذا نعرف عن W-boson؟
تم اكتشاف الجسيم في عام 1983. حسبت التجارب في ذلك الوقت أن البوزون W يزن 85 بروتونًا. كان خطأ هذه القيمة 5٪ أو أكثر ، حيث كان من الصعب حساب الكتلة.
يشارك Z-boson و W-boson في معظمالتفاعلات النووية ، على وجه الخصوص ، في الاندماج النووي الحراري الذي يحدث على الشمس. تحمل البوزونات W و Z القوة النووية الضعيفة ، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة. تمت دراسة W-boson في المصادمات ، حيث يتم إنتاج الجزيئات ثم دفعها معًا بطاقة عالية. يمكن أن تثبت الجسيمات أثناء تحللها إلى نوع فرعي من الإلكترونات ، أو في الميونات والنيوترينوات. يختفي النيوترينو دون أن يترك أثرا ، ولكن يمكن تتبع الإلكترون والميون.
خلال عملية الاضمحلال، معظم الأصلييتم تحويل كتلة بوزون W إلى طاقة جسيمات جديدة. إذا تمكن الفيزيائيون من قياس هذه الطاقة، وكذلك تحديد كيفية اضمحلال الجسيمات، فسيكونون قادرين على تحديد كتلة بوزون W. ولكن إذا لم يكن من الممكن تتبع تصرفات النيوترينوات، فمن المستحيل أن نقول بالضبط أي جزء من طاقة الإلكترون أو الميون يرتبط بالكتلة وأي جزء يرتبط بالزخم.
ماذا فعل مؤلفو العمل الجديد؟
في مقال نشر في مجلة Science ،أبلغ الباحثون عن عقد تقريبًا من تحليل البيانات التي تم جمعها باستخدام مسرع الجسيمات Tevatron. هذه القياسات ، وفقًا للمؤلفين ، أكثر دقة من جميع القياسات الأخرى مجتمعة. قدر المؤلفون أن كتلة W-boson أكبر بحوالي 157 ألف مرة من كتلة الإلكترون. بفضل القياس الجديد ، يمكن اختبار أهمية النموذج القياسي للفيزياء.
ما هي الفيزياء الجديدة؟
هذا هو الاسم الذي يطلق على القوانين الفيزيائية التيتجاوز النموذج القياسي. والعمل الجديد ليس التلميح الأول لمثل هذه الفيزياء. وحدث موقف مماثل مع تجربة عام 2021 مع muon-g2. لكن دقة هذا العمل كانت أقل بكثير من النتائج الجديدة.
كانت كتلة بوزون W أعلى من المتوقع بما يصل إلى سبعة انحرافات معيارية ، مما يعني أن احتمال أن يكون هذا حادثًا هو حوالي واحد من كل تريليون.
"هذا البعد هو الأهمالانحراف عن التنبؤ الأساسي للنموذج القياسي ، فهو أكثر مما سجله العلماء على الإطلاق. قال أشوتوش كوتوال ، الأستاذ في جامعة ديوك ، "أعتقد أن هذا تلميح إلى أننا لم نفهم تمامًا بعد القوة النووية الضعيفة ، أو كل الجسيمات التي تختبر تلك القوة".
ماذا سيتغير الاكتشاف الجديد في الفيزياء؟
عواقب هذا الاكتشاف لم تأت بعدفهم تماما. ويمكن للمرء ببساطة تعديل النموذج القياسي ليناسب القياسات الجديدة. لكن مؤلفي العمل يعتقدون أنهم شهود على بداية التحول النموذجي وظهور فيزياء لم تكن معروفة من قبل.
الخطوة الأولى المهمة على طول الطريق هي الحصول علىتأكيد مستقل. يجتمع الآن 400 عالم عملوا في التجربة مع علماء فيزياء آخرين لتحليل النتيجة من أجل فهم إلى أين يتجهون بعد ذلك. يقوم مصادم الهادرونات الكبير في CERN بجمع بيانات عن W-boson ويمكن استخدامه في تجارب جديدة.
"إذا قمنا ببناء إلكترون بوزيترون جديدالمصادم ، سيكون أيضًا قادرًا على قياس كتلة W-boson بدقة شديدة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مصادم الهادرونات الكبير والتجارب المتخصصة الأصغر تقيس الجسيمات الجديدة وتفاعلاتها بدقة عالية. وأوضح البروفيسور كوتوال أنه إذا كانت هناك فيزياء جديدة ، فسيكون من الممكن ملاحظتها في هذه التجارب.
قراءة المزيد:
بعد عشر سنوات من العمل ، شكك العلماء في النموذج القياسي للفيزياء
هناك "كوكب" آخر داخل الأرض: كيف أنقذ الحياة الوليدة
تمت إعادة برمجة الخلايا القديمة ، وأصبحت أصغر بثلاثين عامًا: كيف تعمل