Ένα νέο αποτέλεσμα από το πείραμα LHCb προκαλεί την πρωτοποριακή θεωρία στη φυσική

Η συνεργασία του LHCb στο CERN διαπίστωσε ότι τα σωματίδια δεν συμπεριφέρονται όπως θα έπρεπε να συμπεριφέρονται σύμφωνα με την καθοδηγητική θεωρία της φυσικής των σωματιδίων – το πρότυπο μοντέλο.

Το πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων το προβλέπει κόκκοι Ονομάζονται κουάρκ ομορφιάς, τα οποία μετρήθηκαν στο πείραμα LHCb, πρέπει να αποσυντεθούν είτε σε μιόνια είτε σε ηλεκτρόνια εξίσου. Ωστόσο, το νέο αποτέλεσμα δείχνει ότι αυτό μπορεί να μην συμβεί, το οποίο μπορεί να υποδεικνύει την παρουσία νέων σωματιδίων ή αλληλεπιδράσεων που δεν εξηγήθηκαν από το Πρότυπο Μοντέλο.

Οι φυσικοί από το Imperial College London και τα Πανεπιστήμια του Μπρίστολ και του Κέιμπριτζ οδήγησαν την ανάλυση των δεδομένων για να καταλήξουν σε αυτό το συμπέρασμα, με χρηματοδότηση από το Συμβούλιο Επιστημών και Τεχνολογικών Εγκαταστάσεων. Το αποτέλεσμα ανακοινώθηκε σήμερα στις Συνέδριο Φυσικής Moriond Electroweak Και το Δημοσιεύθηκε ως πρόχειρο προσχέδιο.

Πέρα από το πρότυπο μοντέλο

Το πρότυπο μοντέλο είναι η τρέχουσα καλύτερη θεωρία στη φυσική των σωματιδίων, που περιγράφει ό, τι είναι γνωστό Θεμελιώδη σωματίδια Αυτό αποτελούν το σύμπαν και τις δυνάμεις με τις οποίες αλληλεπιδρούν.

Ωστόσο, το πρότυπο μοντέλο δεν μπορεί να εξηγήσει μερικά από τα βαθύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής, συμπεριλαμβανομένου του τι Σκοτεινή ύλη Αποτελείται από μια ανισορροπία ύλης και αντιύλης στο σύμπαν.

Έτσι οι ερευνητές έψαχναν για σωματίδια που συμπεριφέρονται με διαφορετικούς τρόπους από ό, τι θα περίμενε κανείς στο πρότυπο μοντέλο, για να εξηγήσουν μερικά από αυτά τα μυστήρια.

“Ήμασταν πραγματικά ρίγη όταν κοιτάξαμε για πρώτη φορά τα αποτελέσματα, ήμασταν τόσο ενθουσιασμένοι. Οι καρδιές μας χτυπούσαν λίγο πιο γρήγορα”, δήλωσε ο Δρ Mitch Patel, του Αυτοκρατορικού Τμήματος Φυσικής και ένας από τους κορυφαίους φυσικούς πίσω από τη μέτρηση.

“Είναι πολύ νωρίς για να πούμε αν αυτό αντιπροσωπεύει πραγματικά μια απόκλιση από το πρότυπο μοντέλο, αλλά οι πιθανές συνέπειες κάνουν αυτά τα αποτελέσματα τα πιο συναρπαστικά πράγματα που έχω κάνει σε 20 χρόνια στον τομέα. Ήταν ένα μακρύ ταξίδι για να φτάσω εδώ.”

Τα δομικά στοιχεία της φύσης

Τα σημερινά αποτελέσματα παρήχθησαν με το πείραμα LHCb, έναν από τους τέσσερις ογκώδεις ανιχνευτές σωματιδίων στο Large Hadron Collider (LHC) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών (CERN).

Ο LHC είναι ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος συγκολλητής σωματιδίων στον κόσμο – επιταχύνει τα υποατομικά σωματίδια σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, πριν συγκρουστούν μεταξύ τους. Αυτές οι συγκρούσεις παράγουν μια έκρηξη νέων σωματιδίων, τα οποία οι φυσικοί καταγράφουν και μελετούν για να κατανοήσουν καλύτερα τα βασικά δομικά στοιχεία της φύσης.

Η ενημερωμένη αναλογία αναρωτιέται για τους νόμους της φύσης που αντιμετωπίζουν τα ηλεκτρόνια και τα βαρύτερα ξαδέλφια τους, τα μιόνια, συμμετρικά, εκτός από μικρές διαφορές λόγω των διαφορετικών μαζών τους.

Σύμφωνα με το Πρότυπο Μοντέλο, τα μιόνια και τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με όλες τις δυνάμεις με τον ίδιο τρόπο, έτσι τα κουάρκ ομορφιάς που δημιουργούνται στο LHCb πρέπει να αποσυντεθούν σε μιόνια όπως κάνουν με τα ηλεκτρόνια.

Ωστόσο, αυτές οι νέες μετρήσεις δείχνουν ότι η αποσύνθεση μπορεί να συμβεί με διαφορετικούς ρυθμούς, κάτι που θα μπορούσε να υποδηλώσει ότι τα άνευ προηγουμένου σωματίδια αναποδογυρίζουν τις κλίμακες από τα μιόνια.

Αυτοκρατορικό Διδακτορικό. Ο μαθητής Daniel Moyes, ο οποίος έκανε την πρώτη ανακοίνωση των αποτελεσμάτων στο συνέδριο Moriond Electroweak Physics, δήλωσε: «Το αποτέλεσμα παρέχει μια ενδιαφέρουσα υπόδειξη για ένα νέο θεμελιώδες σωματίδιο ή δύναμη που αλληλεπιδρά με τρόπο που τα σωματίδια που είναι γνωστά σήμερα στην επιστήμη δεν το κάνουν.

“Εάν επιβεβαιωθεί από περαιτέρω μετρήσεις, θα είχε βαθιά επίδραση στην κατανόηση της φύσης σε θεμελιώδες επίπεδο.”

Όχι ένα ξεχασμένο συμπέρασμα

Στα σωματίδια Η φυσικη, Το χρυσό πρότυπο ανίχνευσης είναι πέντε τυπικές αποκλίσεις – που σημαίνει ότι υπάρχει 1 στα 3,5 εκατομμύρια πιθανότητες το αποτέλεσμα να είναι σύμπτωση. Αυτό το αποτέλεσμα είναι τρεις αποκλίσεις – που σημαίνει ότι υπάρχει ακόμη μία πιθανότητα στα 1.000 ότι η μέτρηση θα είναι στατιστική σύμπτωση. Επομένως, είναι πολύ νωρίς για να καταλήξουμε σε συγκεκριμένα συμπεράσματα.

Ο Δρ Michael McCann, ο οποίος έπαιξε επίσης πρωταγωνιστικό ρόλο στην αυτοκρατορική ομάδα, δήλωσε: «Γνωρίζουμε ότι πρέπει να υπάρχουν νέα σωματίδια για να ανακαλύψουμε γιατί η τρέχουσα κατανόησή μας για το σύμπαν μειώνεται με πολλούς τρόπους – δεν ξέρουμε τι 95 τοις εκατό του σύμπαντος είναι φτιαγμένο ή γιατί υπάρχει τέτοια ανισορροπία.Η μεγάλη διαφορά μεταξύ ύλης και αντιύλης, καθώς δεν καταλαβαίνουμε τα μοτίβα στις ιδιότητες των σωματιδίων για τα οποία γνωρίζουμε.

“Ενώ πρέπει να περιμένουμε να επιβεβαιωθούν αυτά τα αποτελέσματα, ελπίζω μια μέρα να κοιτάξουμε πίσω ως σημείο καμπής, καθώς αρχίζουμε να απαντάμε σε μερικές από αυτές τις θεμελιώδεις ερωτήσεις”.

Τώρα, η συνεργασία του LHCb θα πρέπει να επαληθεύσει περαιτέρω τα ευρήματά τους συγκεντρώνοντας και αναλύοντας περισσότερα δεδομένα, για να διαπιστώσει εάν παραμένουν στοιχεία για κάποια νέα φαινόμενα. Το πείραμα LHCb αναμένεται να ξεκινήσει τη συλλογή νέων δεδομένων το επόμενο έτος, μετά την αναβάθμιση του ανιχνευτή.