Fyysikot tutkivat Tevatron-törmäimen tuloksia 10 vuoden ajan ja tulivat siihen tulokseen, että kokeellinen
Mitä tapahtui?
W-boso on perushiukkanen, joka kuljettaa heikkoa ydinvoimaa. Se osoittautui paljon raskaammaksi kuin fysiikan vakiomallin mukaan.
Teoreettisten ja kokeellisten tietojen välillä havaittiin 0,09 %:n ero. Näyttää siltä, että tämä on pieni, mutta tämä virhe on paljon suurempi kuin tavallinen - 0,01%.
Tämä on uskomattoman tärkeää tietoa kaikille fyysikoille.maailmaa, sanoo Florencia Canelli, fyysikko Zürichin yliopistosta. Jos saadut tiedot vahvistetaan muissa kokeissa, ensimmäinen vakava poikkeama fysiikan vakiomallin kanssa osoittautuu - tämä on teoria, joka kuvaa kaikkia aineen muodostavia hiukkasia ja kaikkia perusvuorovaikutuksia painovoimaa lukuun ottamatta.
Kyllä, vakiomalli ei toimi kaikilleprosessit. Siksi, jos vähintään yksi vakava epäjohdonmukaisuus ilmenee, mallia on muutettava. Mutta on fyysikoita, jotka ovat varovaisia kokeen tuloksista.
W-bosonin massamittausten generointi perustuukokeellinen data on erittäin monimutkainen prosessi, tulkitsen huolellisesti olemassa olevan ristiriidan standardimallin kanssa, sanoo Matthias Schott, fyysikko Johannes Gutenbergin yliopistosta. Hän uskoo, että fyysikkojen on ymmärrettävä mahdollisimman tarkasti, miksi tällaiset erot tapahtuivat.
Mitä tiedämme W-bosonista?
Hiukkanen löydettiin vuonna 1983. Tuolloin tehdyissä kokeissa laskettiin, että W-bosoni painoi 85 protonia. Tämän arvon virhe oli 5 % tai enemmän, koska massan laskeminen oli vaikeaa.
Z-bosoni ja W-boson ovat mukana suurimmassa osassaydinreaktiot, erityisesti lämpöydinfuusiossa, joka tapahtuu Auringossa. W- ja Z-bosonit kantavat heikkoa ydinvoimaa, joka on yksi luonnon neljästä perusvoimasta. W-bosonia tutkitaan törmäyskoneissa, joissa tuotetaan hiukkasia ja työnnetään sitten yhteen suurella energialla. Hiukkaset voivat kiinnittyä hajoamisen aikana elektronien alalajiksi tai myoneiksi ja neutriinoiksi. Neutriino katoaa jälkiä jättämättä, mutta elektroni ja myoni voidaan jäljittää.
Hajoamisprosessin aikana suurin osa alkuperäisestäW-bosonin massa muunnetaan uusien hiukkasten energiaksi. Jos fyysikot voivat mitata tämän energian ja myös määrittää kuinka hiukkaset hajoavat, he voivat määrittää W-bosonin massan. Mutta jos neutriinojen toimintaa ei voida seurata, on mahdotonta sanoa tarkasti, mikä osa elektronin tai myonin energiasta liittyy massaan ja mikä osa liikemäärään.
Mitä uuden teoksen tekijät tekivät?
Science-lehdessä julkaistussa artikkelissaTutkijat raportoivat lähes vuosikymmenen analyysin Tevatron-hiukkaskiihdyttimellä kerätyistä tiedoista. Nämä mittaukset ovat tekijöiden mukaan tarkempia kuin kaikki muut yhteensä. Kirjoittajat laskivat, että W-bosonin massa on noin 157 tuhatta kertaa suurempi kuin elektronin massa. Uuden mittauksen ansiosta fysiikan standardimallin relevanssia voidaan testata.
Mitä on uusi fysiikka?
Tämä on fysikaalisille laeille annettu nimimennä standardimallia pidemmälle. Ja uusi teos ei ole ensimmäinen vihje tällaisesta fysiikasta. Samanlainen tilanne tapahtui kokeessa vuonna 2021 muon-g2:lla. Mutta tuon työn tarkkuus oli huomattavasti pienempi kuin uudet tulokset.
W-bosonin massa oli odotettua jopa seitsemän keskihajonnan verran suurempi, mikä tarkoittaa, että todennäköisyys, että kyseessä on onnettomuus, on noin yksi biljoonasta.
"Tämä ulottuvuus on merkittävinpoikkeama standardimallin perustavanlaatuisesta ennustuksesta, se on enemmän kuin tiedemiehet ovat koskaan rekisteröineet. Joten mielestäni se on vihje siitä, että emme vielä täysin ymmärrä heikkoa ydinvoimaa tai kaikkia hiukkasia, jotka kokevat tämän voiman", sanoi Duken yliopiston professori Ashutosh Kotwal.
Mitä uusi löytö muuttaa fysiikassa?
Tämän löydön seuraukset ovat vielä edessäymmärtää täysin. Voidaan yksinkertaisesti säätää vakiomalli sopimaan uusiin mittoihin. Mutta teoksen kirjoittajat uskovat olevansa todistajia paradigman muutoksen alkamisesta ja aiemmin tuntemattoman fysiikan syntymisestä.
Ensimmäinen tärkeä askel matkalla on saaminenriippumaton vahvistus. Nyt kokeen parissa työskennelleet 400 tiedemiestä tapaavat muiden fyysikkojen kanssa analysoidakseen tulosta ymmärtääkseen, mihin mennä seuraavaksi. CERNin Large Hadron Collider kerää tietoja W-bosonista, ja sitä voitaisiin käyttää uusiin kokeisiin.
"Jos rakennamme uuden elektroni-positronintörmäyskone, se pystyy myös mittaamaan erittäin tarkasti W-bosonin massan. Lisäksi Large Hadron Collider ja pienemmät erikoiskokeet mittaavat uusia hiukkasia ja niiden vuorovaikutuksia erittäin tarkasti. Jos on uutta fysiikkaa, niin se on mahdollista havaita näissä kokeissa”, professori Kotwal selitti.
Lue lisää:
Kymmenen vuoden työn jälkeen tutkijat kyseenalaistivat fysiikan vakiomallin
Maan sisällä on toinen "planeetta": kuinka se pelasti syntymässä olevan elämän
Vanhat solut ohjelmoitiin uudelleen, ja niistä tuli 30 vuotta nuorempia: miten se toimii