Wissenschaftler haben einen Dualismus zwischen zwei Arten von Streuprozessen beim Zusammenstoß von Protonen entdeckt
Dualität in der Physik
Das Konzept der Dualität findet sich in verschiedenenBereiche der Physik. Das berühmteste Beispiel ist der Welle-Teilchen-Dualismus in der Quantenmechanik. Thomas Youngs berühmtes Doppelspaltexperiment zeigte, dass sich Licht wie eine Welle verhält, und Albert Einstein erhielt den Nobelpreis für den Nachweis, dass sich Licht wie eine Welle verhält Partikel .
Das Seltsame ist, dass Licht tatsächlich und istbeides gleichzeitig. Es gibt einfach zwei Möglichkeiten, es zu betrachten, und jede davon hat eine mathematische Beschreibung. Völlig unterschiedliche Erklärungen desselben Objekts.
„Was wir jetzt herausgefunden haben, ist etwas ÄhnlichesDualität“, erklärt Matthias Wilhelm, außerordentlicher Professor an der International Niels Bohr Academy. „Wir haben eine Vorhersage für zwei Streuprozesse berechnet. Die aktuellen Berechnungen sind experimentell weniger greifbar als das berühmte Doppelspaltexperiment. Es gibt jedoch eine klare mathematische Karte zwischen ihnen, die zeigt, dass beide die gleichen Informationen enthalten. Sie sind irgendwie miteinander verbunden.“
Neues Experiment
Interaktion am Large Hadron Colliderviele Protonen – darunter viele subatomare Teilchen, Gluonen und Quarks. Wenn sie kollidieren, können zwei Gluonen verschiedener Protonen interagieren und so neue Teilchen wie das Higgs-Boson erzeugen. Diese Prozesse erzeugen interessante Muster in Detektoren.
Quelle: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Forscher kartieren, wie sie aussehendiese Muster, und theoretische Physiker beschreiben diese Prozesse mit mathematischen Begriffen. Ziel ist es, genügend Daten zu sammeln, um Vorhersagen treffen zu können, die mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden können.
Im Zuge dieser Arbeit haben Wissenschaftler berechnetder Prozess der Streuung zweier Gluonen, die interagieren, um vier Gluonen zu bilden, sowie der Prozess der Streuung zweier Gluonen, die interagieren, um ein Gluon und ein Higgs-Teilchen zu bilden, in einer leicht vereinfachten Version des Standardmodells. Es stellte sich heraus, dass die Ergebnisse dieser beiden Berechnungen zusammenhängen. „Dies ist ein klassischer Fall von Dualität, der von Wissenschaftlern erklärt wird. „Irgendwie hängt die Antwort auf die Frage, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Streuprozess auftritt, davon ab, wie wahrscheinlich es ist, dass ein zweiter auftritt.“
Auf der linken Seite ist der Streuprozess beteiligtzwei Gluonen (grün/gelb und blau/cyan), die interagieren, um ein Gluon (rot/magenta) und ein Higgs-Teilchen (weiß) zu bilden. Der komplexere Streuprozess auf der rechten Seite spiegelt den einfacheren Prozess auf der linken Seite wider, aber hier interagieren zwei Gluonen (Grün/Gelb und Blau/Cyan), um vier Gluonen (Rot/Magenta, Rot/Gelb), Blau/Magenta und Grün zu bilden /cyan). Die schwarze Farbe symbolisiert die Tatsache, dass während der Kollision selbst viele verschiedene elementare Wechselwirkungen auftreten können. Bildnachweis: Soren J. Garnet
Das Seltsame an dieser Dualität istDas Problem ist, dass Wissenschaftler keine Ahnung haben, warum es überhaupt einen Zusammenhang zwischen zwei unterschiedlichen Streuprozessen gibt. „Wir vermischen zwei sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften der beiden Vorhersagen und sehen einen Zusammenhang. Aber es bleibt immer noch ein Rätsel, was es ist“, erklären die Autoren der Studie.
Wie wird dies den Wissenschaftlern helfen?
Nach dem Standardmodell und den allgemein anerkannten Gesetzen der Physik sollten diese beiden Dinge keinen Zusammenhang haben.
- Das Standardmodell ist ein subatomares Modell der Welt, das alle Teilchen und ihre Wechselwirkungen erklärt.
Mit der Entdeckung dieser erstaunlichen DualitätWissenschaftler scheinen die Studie fortsetzen zu müssen. Die Physik hat die Wissenschaftler wieder einmal überrascht und sie hoffen, dass die Entdeckung zur Entdeckung neuer Teilchen am LHC führen wird.
So nach der Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012Jahr wurden keine neuen sensationellen Teilchen entdeckt. Um den Weg in Richtung „Neue Physik“ zu ebnen, versuchen Wissenschaftler, Vorhersagen zu treffen, diese mit Messungen zu vergleichen und nach möglichen Abweichungen zu suchen. Dort könnte die Antwort liegen.
Das Problem ist, dass diese Prozesse erfordernunglaubliche Genauigkeit, sowohl experimentell als auch theoretisch. Aber je größer die Berechnungen, desto schwieriger ist es, sie einzuhalten. Hier kommt die entdeckte Dualität ins Spiel. Beispielsweise kann eine Berechnung einfacher sein als eine andere, aber beide geben das gleiche Ergebnis. Wissenschaftler werden weiter experimentieren, wie real ihre Theorie ist.
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