Physiker untersuchten die Ergebnisse des Tevatron-Kolliders 10 Jahre lang und kamen zu dem Schluss, dass das Experiment
Was ist passiert?
Das W-Boso ist das fundamentale Teilchen, das die schwache Kernkraft trägt. Es stellte sich heraus, dass es viel schwerer war als nach dem Standardmodell der Physik.
Es wurde ein Unterschied von 0,09 % zwischen theoretischen und experimentellen Daten festgestellt. Es scheint, dass dies klein ist, aber dieser Fehler ist viel größer als der Standardfehler – 0,01 %.
Dies sind unglaublich wichtige Informationen für alle Physiker.Welt, sagt Florencia Canelli, Physikerin an der Universität Zürich. Wenn die erhaltenen Daten in anderen Experimenten bestätigt werden, wird sich die erste schwerwiegende Diskrepanz zum Standardmodell der Physik herausstellen - dies ist eine Theorie, die alle Teilchen beschreibt, aus denen Materie besteht, und alle grundlegenden Wechselwirkungen mit Ausnahme der Schwerkraft.
Ja, das Standardmodell funktioniert nicht für alleProzesse. Wenn also mindestens eine schwerwiegende Inkonsistenz auftritt, muss das Modell geändert werden. Aber es gibt Physiker, die mit den Ergebnissen des Experiments vorsichtig sind.
Generierung von W-Boson-Massenmessungen basierend aufDa experimentelle Daten ein sehr komplexer Prozess sind, würde ich die bestehende Diskrepanz zum Standardmodell sorgfältig interpretieren, sagt Matthias Schott, Physiker an der Johannes Gutenberg-Universität. Er glaubt, dass Physiker möglichst genau verstehen müssen, warum es zu solchen Diskrepanzen kommt.
Was wissen wir über das W-Boson?
Das Teilchen wurde 1983 entdeckt. Experimente errechneten damals, dass das W-Boson 85 Protonen wog. Der Fehler dieses Werts betrug 5 % oder mehr, da es schwierig war, die Masse zu berechnen.
Z-Boson und W-Boson sind an den meisten beteiligtKernreaktionen, insbesondere bei der thermonuklearen Fusion, die auf der Sonne stattfindet. Die W- und Z-Bosonen tragen die schwache Kernkraft, eine der vier Grundkräfte der Natur. Das W-Boson wird in Collidern untersucht, wo Teilchen erzeugt und dann mit hoher Energie zusammengeschoben werden. Teilchen können während ihres Zerfalls in eine Unterart von Elektronen oder in Myonen und Neutrinos fixiert werden. Das Neutrino verschwindet spurlos, aber Elektron und Myon können verfolgt werden.
Während des Zerfallsprozesses blieb der größte Teil des Originals erhaltenDie Masse des W-Bosons wird in die Energie neuer Teilchen umgewandelt. Wenn Physiker diese Energie messen und auch bestimmen können, wie die Teilchen zerfallen, können sie die Masse des W-Bosons bestimmen. Wenn die Wirkung von Neutrinos jedoch nicht verfolgt werden kann, ist es unmöglich, genau zu sagen, welcher Teil der Energie eines Elektrons oder Myons mit der Masse und welcher Teil mit dem Impuls verbunden ist.
Was haben die Autoren des neuen Werkes getan?
In einem in der Zeitschrift Science veröffentlichten ArtikelDie Forscher berichten über fast ein Jahrzehnt der Analyse von Daten, die mit dem Tevatron-Teilchenbeschleuniger gesammelt wurden. Diese Messungen sind laut den Autoren genauer als alle anderen zusammen. Die Autoren berechneten, dass die Masse des W-Bosons etwa 157.000 Mal größer ist als die Masse des Elektrons. Dank der neuen Messung kann die Relevanz des Standardmodells der Physik getestet werden.
Was ist neue Physik?
Dies ist die Bezeichnung für physikalische Gesetzeüber das Standardmodell hinausgehen. Und die neue Arbeit ist nicht der erste Hinweis auf eine solche Physik. Eine ähnliche Situation ereignete sich beim Experiment im Jahr 2021 mit Myon-g2. Die Genauigkeit dieser Arbeit war jedoch deutlich geringer als die neuen Ergebnisse.
Die Masse des W-Bosons war um bis zu sieben Standardabweichungen höher als erwartet, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um einen Unfall handelt, etwa eins zu einer Billion beträgt.
„Diese Dimension ist die bedeutendsteAbweichung von der fundamentalen Vorhersage des Standardmodells, es ist mehr als Wissenschaftler jemals aufgezeichnet haben. Ich denke, es ist ein Hinweis darauf, dass wir die schwache Kernkraft oder alle Teilchen, die diese Kraft erfahren, noch nicht vollständig verstehen“, sagte Ashutosh Kotwal, Professor an der Duke University.
Was wird die neue Entdeckung in der Physik verändern?
Die Konsequenzen dieser Entdeckung stehen noch bevorvollständig zu verstehen. Man könnte das Standardmodell einfach an die neuen Maße anpassen. Doch die Autoren des Werkes glauben, dass sie Zeugen des Beginns eines Paradigmenwechsels und der Entstehung einer bisher unbekannten Physik sind.
Der erste wichtige Schritt auf dem Weg ist das Erhaltenunabhängige Bestätigung. Jetzt kommen die 400 Wissenschaftler, die an dem Experiment mitgearbeitet haben, mit anderen Physikern zusammen, um das Ergebnis zu analysieren und zu verstehen, wie es weitergehen soll. Der Large Hadron Collider am CERN sammelt Daten über das W-Boson und könnte für neue Experimente genutzt werden.
„Wenn wir ein neues Elektron-Positron bauenCollider wird es auch in der Lage sein, die Masse des W-Bosons sehr genau zu messen. Darüber hinaus messen der Large Hadron Collider und kleinere spezialisierte Experimente neue Teilchen und ihre Wechselwirkungen mit hoher Präzision. Wenn es eine neue Physik gibt, dann wird es möglich sein, sie in diesen Experimenten zu beobachten“, erklärte Professor Kotwal.
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