Wetenschappers hebben een dualiteit ontdekt tussen twee soorten verstrooiingsprocessen wanneer protonen botsen
Dualiteit in de natuurkunde
Het concept van dualiteit is te vinden in verschillendeHet bekendste voorbeeld is de dualiteit van golven en deeltjes in de kwantummechanica. Het beroemde dubbelspletenexperiment van Thomas Young toonde aan dat licht zich als een golf gedraagt, en Albert Einstein ontving de Nobelprijs voor zijn aantooning dat licht zich als een golf gedraagt. deeltje .
Het vreemde is dat licht eigenlijk en isbeide tegelijk. Er zijn eenvoudigweg twee manieren om ernaar te kijken en elk ervan heeft een wiskundige beschrijving. Compleet verschillende verklaringen voor hetzelfde object.
“Wat we nu hebben ontdekt, is iets soortgelijksdualiteit”, legt Matthias Wilhelm, universitair hoofddocent aan de Internationale Niels Bohr Academie, uit. “We hebben een voorspelling berekend voor twee verstrooiingsprocessen. De huidige berekeningen zijn experimenteel minder tastbaar dan het beroemde dubbelspletenexperiment. Er is echter een duidelijke wiskundige kaart tussen hen die laat zien dat ze allebei dezelfde informatie bevatten. Ze zijn op de een of andere manier met elkaar verbonden.”
Nieuw experiment
Interactie bij de Large Hadron Colliderveel protonen - waaronder veel subatomaire deeltjes, gluonen en quarks. Wanneer ze botsen, kunnen twee gluonen van verschillende protonen op elkaar inwerken, waardoor nieuwe deeltjes ontstaan, zoals het Higgs-deeltje. Deze processen creëren interessante patronen in detectoren.
Bron: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Onderzoekers brengen in kaart hoe ze eruit ziendeze patronen, en theoretische fysici beschrijven deze processen in wiskundige termen. Het doel is om voldoende gegevens te verzamelen om voorspellingen te doen die kunnen worden vergeleken met experimentele resultaten.
In de loop van dit werk berekenden wetenschappershet proces van verstrooiing van twee gluonen die interageren om vier gluonen te vormen, evenals het proces van verstrooiing van twee gluonen die interageren om een gluon en een Higgs-deeltje te vormen, in een enigszins vereenvoudigde versie van het Standaardmodel. Het bleek dat de resultaten van deze twee berekeningen met elkaar verband houden. “Dit is een klassiek geval van dualiteit, verklaard door wetenschappers. “Op de een of andere manier houdt het antwoord op de vraag hoe waarschijnlijk het is dat één verstrooiingsproces plaatsvindt, verband met hoe waarschijnlijk het is dat er een tweede plaatsvindt.”
Aan de linkerkant is het verstrooiingsproces waarbij:twee gluonen (groen/geel en blauw/cyaan) die een interactie aangaan om een gluon (rood/magenta) en een Higgs-deeltje (wit) te vormen. Het meer complexe verstrooiingsproces aan de rechterkant weerspiegelt het eenvoudigere proces aan de linkerkant, maar hier zijn twee gluonen (groen/geel en blauw/cyaan) die een interactie aangaan om vier gluonen te vormen (rood/magenta, rood/geel), blauw/magenta en groen /cyaan). De zwarte kleur symboliseert het feit dat tijdens de botsing zelf veel verschillende elementaire interacties kunnen optreden. Krediet: Soren J. Garnet
Het vreemde van deze dualiteit isHet probleem is dat wetenschappers geen idee hebben waarom er überhaupt een verband bestaat tussen twee verschillende verstrooiingsprocessen. “We combineren twee zeer verschillende fysieke eigenschappen van de twee voorspellingen en zien een verband. Maar het blijft nog steeds een mysterie wat het is”, leggen de auteurs van het onderzoek uit.
Hoe zal dit wetenschappers helpen?
Volgens het Standaardmodel en de algemeen aanvaarde wetten van de natuurkunde zouden deze twee dingen geen verband met elkaar moeten hebben.
- Het standaardmodel is een subatomair model van de wereld dat alle deeltjes en hun interacties verklaart.
Met de ontdekking van deze verbazingwekkende dualiteitwetenschappers lijken de studie voort te moeten zetten. Natuurkunde heeft wetenschappers opnieuw verrast en ze hopen dat de ontdekking zal leiden tot de ontdekking van nieuwe deeltjes bij de LHC.
Aldus na de ontdekking van het Higgsdeeltje in 2012jaar werden geen nieuwe sensationele deeltjes ontdekt. Om de naald in de richting van ‘het vinden van nieuwe natuurkunde’ te bewegen, proberen wetenschappers voorspellingen te doen, deze te vergelijken met metingen en te zoeken naar mogelijke afwijkingen. Daar zou het antwoord kunnen liggen.
Het probleem is dat deze processen vereisen:ongelooflijke nauwkeurigheid, zowel experimenteel als theoretisch. Maar hoe groter de berekeningen, hoe moeilijker het is om te voldoen. Hier komt de ontdekte dualiteit goed van pas. De ene berekening kan bijvoorbeeld eenvoudiger zijn dan de andere, maar beide geven hetzelfde antwoord. Wetenschappers gaan door met experimenten, hoe reëel hun theorie ook is.
Lees verder
Er wordt al eeuwen op gejaagd: wat weten we over de planeet Vulcan naast de zon
Astronomen hebben een planeet in de buurt van de aarde gevonden: die heeft een heel vreemde baan
Wetenschappers uit China hebben bewezen dat moderne plaatverschuivingen 2,5 miljard jaar oud zijn
</ p>