Model, ki ga imamo za razumevanje vesolja temeljni delec je malo podoben menjalniku: majhna sprememba lastnosti katerega koli delca odvrže tudi mehaniko drugih delcev.

Ko torej izide prispevek, ki ugotovi, da je masa temeljnega delca nekoliko daleč od tistega, kar je bilo prej sprejeto, v svetu fizike naredi več kot le dviganje obrvi. Če je res, bi takšno odkritje pomenilo, da je temeljna fizika na nek še negotov način “napačna” in bi zamajala fizika delcev za prihodnja desetletja.

Naše razumevanje osnovnih delcev, znano kot standardni model fizike delcev, je eden največjih človeških dosežkov v zadnjih 150 letih. Več kot stoletje dela je potrebovalo na tisoče fizikov in inženirjev, začenši z odkritjem elektrona leta 1897 in končno združitvijo vseh kosov. Iskanje dolgo teoretiziranega Higgsovega bozona leta 2012.

V začetku tega meseca, po 20 letih analize, so znanstveniki iz Collider Detector pri Fermilabu (CDF) objavili, da so naredili najbolj natančno meritev mase W bozona. Po milijonih testov in opazovanj je bila njegova mera mase 1,43385738 × 10. ven^-22 Gram (Zdi se lahek, vendar je težji, kot bi moral biti.)

Natančnost pri merjenju enega od delcev, ki nosijo silo v naravi, je izjemna: znanstveniki pravijo, da ima spremenjena masa delca natančnost 0,01 % – dvakrat natančnejša od prejšnjih najboljših meritev. Rezultati so bili objavljeni v reviji Science.

povezano: Zakaj so nekateri fiziki skeptični glede eksperimenta z mionom, ki namiguje na “novo fiziko”

Toda obstaja večja težava: ta meritev je v nasprotju z vrednostjo, ki jo znanstveniki uporabljajo pri teoretičnem vložku v standardni model. Z drugimi besedami, če je res, merjenje mase nakazuje, da je standardni model fizike – teorija zlatega standarda, ki pojasnjuje štiri znane sile v vesolju in vse temeljne delce – na nestabilnih tleh.

Za razliko od drugih temeljnih delcev, kot so kvarki, elektroni in fotoni, W bozon ni delec, ki se ga običajno učimo v osnovni šoli. Toda tako kot ti delci je temeljnega pomena za nastanek snovi v vesolju. Bozon W je selski delec, znan kot “šibka jedrska sila”, ki je del štirih znanih temeljnih interakcij v fiziki delcev; Drugi so elektromagnetizem, močna interakcija in gravitacija. Medtem ko sta elektromagnetna sila in gravitacija navedba človeških interakcij in vsakdanjega življenja, močna sila pa je tista, ki povezuje atomska jedra, šibka interakcija ni tako jasno vidna. Toda šibka sila je neločljivo povezana z radioaktivnim razpadom atomov in je prav tako neizogibna kot katera koli od drugih treh sil v današnjem videzu našega vesolja. In šibka interakcija se ne more zgoditi brez pomoči W bozona.

Raziskovalci uporabljajo podatke o trkih za novo merjenje mase W bozona Fermi National Accelerator Laboratory, Pospeševalnik delcev, ki ni v uporabi, zdaj v Illinoisu. Fermilabov pospeševalnik delcev sproži protone in antiprotone drug proti drugemu s skoraj svetlobno hitrostjo in natančno opazuje izbruhe energijskih delcev, ki se pojavijo pozneje, nato pa ekstrapolira njihove značilnosti.

Med delovanjem je pospeševalniku uspelo sintetizirati štiri milijone kandidatov za bozon W, katerih lastnosti so bile večkrat izmerjene. Z obsežnimi izračuni so znanstveniki prišli do svoje meritve, ki je natančna do sedmih standardnih odstopanj – daleč nad petimi standardnimi odstopanji, ki so prinesla statistično ugotovitev zlatega standarda.

Ashutosh V. Kotwal z univerze Duke, ki je vodil analizo in je eden od 400 znanstvenikov v sodelovanju CDF, “izboljšuje naše rezultate in število dodatnih preiskav je ogromno.” je rekelv sporočilu za javnost. “Upoštevali smo napredek pri boljšem razumevanju našega detektorja delcev, pa tudi pri teoretičnem in eksperimentalnem razumevanju interakcije bozona W z drugimi delci. Ko smo končno razkrili rezultat, smo ugotovili, da presega napoved standardnega modela . Je drugačen.”

Razlika? Z novimi meritvami je W bozon postal en odstotek masivnejši, kot je bilo prej predvideno in sprejeto. Sliši se majhno, vendar je dovolj, da povzroči velik problem za fiziko delcev – če je res.

“Dejstvo, da se izmerjena masa W bozona ne ujema z ocenjeno maso znotraj standardnega modela, lahko pomeni tri stvari. Ali je matematika napačna, meritev je napačna ali pa nekaj manjka v standardnem modelu.” pisanje Visokoenergetski fizik delcev John Conway v pogovoru.

Z drugimi besedami, kakršna koli sprememba standardnega modela ne bo vplivala samo na standardni model – lahko bi pretresla vso fiziko in naše razumevanje vesolja.

“Zdaj je na skupnosti teoretične fizike in drugih eksperimentih, da izvedejo in osvetlijo to skrivnost,” je v izjavi za javnost dejal sopredstavnik CDF David Toback. “Če je razlika med eksperimentalno in pričakovano vrednostjo posledica neke vrste novih delcev ali subatomske interakcije, kar je ena od možnosti, obstaja velika verjetnost, da bi jo lahko odkrili v prihodnjih poskusih.”

Standardni model se je izkazal za neverjetno uspešnega pri napovedovanju lastnosti njegovih sestavnih delcev in celo lastnosti prej neodkritih delcev. Zaradi svoje izjemno napovedne narave so fiziki nestrpni, da bi poskušali odkriti luknje, ki bi lahko vodile do novih odkritij in nove fizike. pravzaprav kot Salon poroča Leta 2021 je Fermilabov eksperiment Muon g-2 dal nenavadne rezultate, ki so se nekoliko razlikovali od tistih, ki jih je predvidel standardni model – čeprav ti rezultati niso bili veliko višji od “zlatega standarda” 5-območnega odklona, ​​zaradi katerega bi bili dokončni.

Želite več zdravstvenih in znanstvenih zgodb v mapi »Prejeto«? Naročite se na tedenske novice Salona porno znanstvenik,

Toda ko gre za tako natančne meritve in s tako majhno mejo napake, nekateri fiziki pravijo, da je enako verjetno, da ima eksperiment in ne standardni model pomanjkljivosti.

“Morda se sprašujete: ‘Ali je to lahko eksperimentalni učinek, eksperimentalna napaka in bi lahko bila kalibracija vir tega? No, to je ena redkih možnosti’,” pravi Bruce Shum, profesor fizike na univerzi. iz Kalifornije-Santa Cruz in a. avtor priljubljena knjiga o fiziki delcev, je povedal Salon. “Če je razlika [in mass] Obstaja napaka, verjetno ja, kalibracija detektorja je zelo verjeten vir te napake, te napake.”

Shum je dejal, da je pomembno razlikovati natančnost in natančnostGlede na to, da se lahko zelo natančno meri narobe.

“Natančnost je velikost negotovosti, natančnost pa velikost potencialne napake,” je dejal Shum. “Lahko imate nekaj, kar je zelo natančno, vendar je narobe.”

Shum je dejal, da je nova meritev mase W bozona iz CDF “manjkala kadilna pištola” – zlasti jasno opredeljen razlog, zakaj se druge meritve iz različnih poskusov niso strinjale z rezultatom CDF za maso W bozona.

“Možno je, da vsem drugim meritvam nekaj manjka in da je meritev CDF to naredila bolj previdno in dobi pravilen odgovor,” je dejal Shum. “Vendar mislim, da je po vsej verjetnosti bodisi rezultat CDF napačen ali pa je telo drugih rezultatov napačno.”

Pred tem je Shum Salonu povedal, da je “prevelika dramatizacija” reči, da bo standardni model kdaj v celoti prepisan ali razveljavljen.

“Standardni model se je vedno imenoval ‘učinkovit princip’ od dneva, ko je bil izumljen,” je dejal Shum. Standardni model je primerjal z “vrhom ledene gore”, v katerem je vrh viden in dobro razumljen, čeprav ne vemo popolnoma, kaj se nahaja pod vodo. »Stavil bom poljuben znesek [the Standard Model] nikoli ne bo opuščen kot predstavitev tega konca ledene gore,” je dejal.

Preberite več o fiziki delcev: