След десетилетен анализ, сътрудничество на физици направи най-прецизното измерване на масата на ключова частица – и това може да разкрие физиката, каквато я познаваме. Новото измерване се различава драстично от прогнозите, базирани на Стандартния модел, намеквайки за нова физика.
Откакто е разработен през 70-те години на миналия век, Стандартният модел на физиката на елементарните частици е изключително успешен в обясняването на взаимодействията на частиците и повечето фундаментални сили. Той не покрива всичко – основните липсващи части включват тъмна материя и дори гравитация – но това, което покрива, покрива много добре, последователно издържайки на експерименти, които тестват неговите прогнози.
Но сега една добре проучена частица може да заплашва да пробие дупка в този чист модел. Масата на частиците може да бъде изчислена чрез техните взаимоотношения с други частици в Стандартния модел и тази прогнозирана маса може след това да бъде сравнена с действителните измервания, направени в ускорители на частици, за да се тества вътрешната последователност на Стандартния модел. Този процес сега е довел до голямо несъответствие, благодарение на непретенциозна частица, наречена W бозон.
W бозоните са елементарни частици, които носят слабата сила, като медиират ядрени процеси като тези, които работят в Слънцето. Според Стандартния модел тяхната маса е свързана с масите на Хигс бозона и субатомна частица, наречена горен кварк. В ново проучване почти 400 учени от Collider Detector в сътрудничеството на Fermilab (CDF) прекараха десетилетие в изследване на 4,2 милиона кандидати за W бозон, събрани от 26-годишни данни на колайдера Tevatron. От това съкровище екипът успя да изчисли масата на W бозона с точност до 0,01 процента, което го прави два пъти по-точен от предишното най-добро измерване.
Според техните изчисления W бозонът има маса от 80 433,5 мегаелектронволта (MeV), с несигурност от само 9,4 MeV от двете страни. Това е в рамките на някои предишни измервания, но далеч извън това, предвидено от Стандартния модел, който го определя на 80 357 MeV, дайте или вземете 6 MeV. Това означава, че новата стойност се отклонява с огромните седем стандартни отклонения.
По-нататъшно циментиране на аномалията, масата на W бозона също наскоро беше измерена с помощта на данни от Големия адронен колайдер, в публикуван документ през януари. Този екип стигна до стойност от 80 354 MeV (+/- 32 MeV), което е удобно близко до това, дадено от Стандартния модел.
Е, какво става? Някои физици, които не участват в изследването, са по-удобни да се придържат към Стандартния модел, което е разбираемо.
„Всички тези измервания твърдят, че измерват едно и също количество“, каза експерименталният физик Мартин Грюневалд в докладвайте от наука. „Някой трябва да е, няма да кажа грешен, но може би е направил грешка или е направил оценката на грешката твърде агресивно.“
Но учените в новия анализ на CDF казват, че процедурите, които са използвали, за да достигнат фигурата си, са били внимателно изследвани в продължение на много години. Всъщност крайната измерена стойност беше скрита от анализаторите, докато тези проверки на качеството не бяха завършени.
„Броят на подобренията и допълнителните проверки, които влязоха в нашия резултат, е огромен“, каза Ашутош Котуал, водещ автор на анализа на CDF. „Взехме предвид нашето подобрено разбиране на нашия детектор на частици, както и напредъка в теоретичното и експерименталното разбиране на взаимодействията на W бозона с други частици. Когато най-накрая разкрихме резултата, открихме, че той се различава от прогнозата на стандартния модел.
Ако новата фигура бъде потвърдена, тя може да намекне за неизвестни частици или нова физика извън стандартния модел, които пречат на очакваните взаимодействия. В крайна сметка вече знаем, че тази рамка е непълна и по-нататъшните разследвания биха могли да помогнат за разкриването на мистерията.
„Сега зависи от общността по теоретична физика и други експерименти да проследят това и да хвърлят светлина върху тази мистерия“, каза Дейвид Тобак, съговорител на CDF. “Ако разликата между експерименталната и очакваната стойност се дължи на някакъв вид нова частица или субатомно взаимодействие, което е една от възможностите, има голям шанс това да е нещо, което може да бъде открито в бъдещи експерименти.”
Изследването е публикувано в списанието наука.
Източници: Fermilab, Изследвания и иновации в Обединеното кралство
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
