Το σημαντικότερο επίτευγμα που επιτεύχθηκε στην αποκάλυψη των θεμελιωδών δυνάμεων του σύμπαντος στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, που συνεργάζονται με το CMS Collaboration in CERNέχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στη μέτρηση της ηλεκτροασθενούς γωνίας ανάμειξης, προωθώντας την κατανόησή μας για το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων.

Η δουλειά τους βοηθά στην εξήγηση των θεμελιωδών δυνάμεων του σύμπαντος, υποστηριζόμενη από πειράματα όπως αυτά στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων που εμβαθύνουν σε συνθήκες παρόμοιες με αυτές που ακολούθησαν το σύμπαν. η μεγάλη έκρηξη.

Αποκαλύψτε τα κοσμικά μυστικά

Στην προσπάθεια να ξεκλειδώσουν τα μυστικά του σύμπαντος, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ συμμετέχουν για δεκαετίες σε διεθνείς συνεργασίες στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικής Έρευνας, ευρύτερα γνωστό ως CERN.

Με βάση την εκτεταμένη συμμετοχή τους στο CERN, ειδικά στο πλαίσιο της συνεργασίας CMS (Compact Muon Solenoid), η ομάδα του Rochester – με επικεφαλής τους Ari Budek, George E. Buck – ένα πρόσφατο πρωτοποριακό επίτευγμα. Το επίτευγμά τους επικεντρώνεται στη μέτρηση της ηλεκτροασθενούς γωνίας ανάμειξης, θεμελιώδους συνιστώσας του Καθιερωμένου Μοντέλου της Φυσικής των Σωματιδίων. Αυτό το μοντέλο περιγράφει πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια και προβλέπει με ακρίβεια ένα ευρύ φάσμα φαινομένων στη φυσική και την αστρονομία.

«Οι πρόσφατες μετρήσεις της γωνίας ανάμειξης της ηλεκτροασθενούς δύναμης είναι απίστευτα ακριβείς, καθώς υπολογίστηκαν από συγκρούσεις πρωτονίων στο CERN και προάγουν την κατανόηση της σωματιδιακής φυσικής», λέει ο Budick.

ο Συνεργασία σε σύστημα διαχείρισης περιεχομένου Συγκεντρώνει μέλη της κοινότητας της σωματιδιακής φυσικής από όλο τον κόσμο για να κατανοήσουν καλύτερα τους θεμελιώδεις νόμους του σύμπαντος. Εκτός από τον Budick, η ομάδα του Rochester στη συνεργασία CMS περιλαμβάνει τις κύριες ερευνήτριες Regina DeMina, καθηγήτρια φυσικής, και Aran Garcia Bellido, αναπληρωτή καθηγητή φυσικής, μαζί με μεταδιδακτορικούς ερευνητές και μεταπτυχιακούς και προπτυχιακούς φοιτητές.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ έχουν μακρά ιστορία εργασίας στο CERN ως μέρος της Συνεργασίας Compact Muon Solenoid (CMS), συμπεριλαμβανομένου του καθοριστικού ρόλου στην ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012. Πνευματικά δικαιώματα: Samuel Joseph Herzog; Julian Marius Urdan

Μια κληρονομιά ανακάλυψης και καινοτομίας στο CERN

Βρίσκεται στη Γενεύη της Ελβετίας, το CERN είναι το μεγαλύτερο εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής στον κόσμο, διάσημο για τις πρωτοποριακές ανακαλύψεις και τα πρωτοποριακά του πειράματα.

Οι ερευνητές του Ρότσεστερ έχουν μακρά ιστορία εργασίας στο CERN ως μέρος της συνεργασίας CMS, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου σε βασικούς… Ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012– Ένα στοιχειώδες σωματίδιο που βοηθά στην εξήγηση της προέλευσης της μάζας στο σύμπαν.

Το έργο της συνεργασίας περιλαμβάνει τη συλλογή και την ανάλυση δεδομένων που συλλέγονται από τον συμπαγή ανιχνευτή ηλεκτρομαγνητικών μιονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, τον μεγαλύτερο και ισχυρότερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο. Το LHC αποτελείται από έναν δακτύλιο μήκους 17 μιλίων από υπεραγώγιμους μαγνήτες και δομές επιταχυντών που κατασκευάζονται υπόγεια και εκτείνονται πέρα ​​από τα σύνορα μεταξύ Ελβετίας και Γαλλίας.

Ο πρωταρχικός σκοπός του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) είναι να εξερευνήσει τα βασικά δομικά στοιχεία της ύλης και τις δυνάμεις που τα κυβερνούν. Αυτό το επιτυγχάνει επιταχύνοντας δέσμες πρωτονίων ή ιόντων σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός και συνθλίβοντάς τα μαζί σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες. Αυτές οι συγκρούσεις αναδημιουργούν συνθήκες παρόμοιες με εκείνες που υπήρχαν χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μελετήσουν τη συμπεριφορά των σωματιδίων κάτω από ακραίες συνθήκες.

Αποκαλύψτε τις ενοποιημένες δυνάμεις

Τον 19ο αιώνα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι διαφορετικές δυνάμεις του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού σχετίζονται: ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο παράγει ένα μαγνητικό πεδίο και το αντίστροφο. Αυτή η ανακάλυψη αποτέλεσε τη βάση του ηλεκτρομαγνητισμού, ο οποίος περιγράφει το φως ως κύμα και εξηγεί πολλά φαινόμενα στον τομέα της οπτικής, μαζί με την περιγραφή του πώς αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.

Βασιζόμενοι σε αυτήν την κατανόηση, οι φυσικοί στη δεκαετία του 1960 ανακάλυψαν ότι ο ηλεκτρομαγνητισμός σχετίζεται με μια άλλη δύναμη – την ασθενή δύναμη. Η ασθενής δύναμη λειτουργεί εντός του πυρήνα των ατόμων και είναι υπεύθυνη για διαδικασίες όπως η ραδιενεργή διάσπαση και η τροφοδοσία της παραγωγής ενέργειας στον Ήλιο. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε στην ανάπτυξη της ηλεκτροασθενούς θεωρίας, η οποία υποστηρίζει ότι ο ηλεκτρομαγνητισμός και η ασθενής δύναμη είναι στην πραγματικότητα εκδηλώσεις χαμηλής ενέργειας μιας ενοποιημένης δύναμης που ονομάζεται ενοποιημένη ηλεκτροαδύναμη αλληλεπίδραση. Βασικές ανακαλύψεις, όπως το μποζόνιο Higgs, έχουν επιβεβαιώσει αυτή την ιδέα.

Προόδους στην ασθενή ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση

Η CMS Collaboration έκανε πρόσφατα μια από τις πιο ακριβείς μετρήσεις μέχρι σήμερα αυτής της θεωρίας, αναλύοντας δισεκατομμύρια συγκρούσεις πρωτονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Η εστίασή τους ήταν στη μέτρηση της ασθενούς γωνίας ανάμειξης, μια παράμετρος που περιγράφει πώς ο ηλεκτρομαγνητισμός και η ασθενής δύναμη αναμιγνύονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν σωματίδια.

Προηγούμενες μετρήσεις της ηλεκτροασθενούς γωνίας ανάμειξης έχουν πυροδοτήσει διαμάχες στην επιστημονική κοινότητα. Ωστόσο, τα τελευταία αποτελέσματα ευθυγραμμίζονται στενά με τις προβλέψεις από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων. Ο μεταπτυχιακός φοιτητής του Rochester Rhys Towse και ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Aliko Khokhonishvili εφάρμοσαν νέες τεχνικές για να μειώσουν τις μεθοδολογικές αβεβαιότητες που ενυπάρχουν σε αυτή τη μέτρηση και να ενισχύσουν την ακρίβειά της.

Η κατανόηση της αδύναμης γωνίας ανάμειξης ρίχνει φως στο πώς συνεργάζονται διαφορετικές δυνάμεις στο σύμπαν στις μικρότερες κλίμακες, εμβαθύνοντας την κατανόηση της θεμελιώδους φύσης της ύλης και της ενέργειας.

«Η ομάδα του Ρότσεστερ αναπτύσσει καινοτόμες τεχνικές και μετράει αυτές τις ηλεκτροαδύναμες παραμέτρους από το 2010 και στη συνέχεια τις εφαρμόζει στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων», λέει ο Budick «Αυτές οι νέες τεχνικές έχουν προαναγγείλει μια νέα εποχή δοκιμών ακρίβειας των προβλέψεων του Τυπικού Μοντέλου».