|
Переворот в физике. Одна из фундаментальных частиц тяжелее
|
|
|
|
Новое исследование показывает, что одна из фундаментальных частиц Вселенной тяжелее, чем думали ученые. Используя данные, собранные коллайдером частиц в Иллинойсе, ученые обнаружили, что частица W-бозон имеет значительно большую массу, чем указано в Стандартной модели физики элементарных частиц. Есть лишь крошечная разница в массе W-бозона по сравнению с тем, что говорит Стандартная модель — всего 0,1 процента. Но если это будет воспроизведено другими лабораториями, это означает, что что-то фундаментальное в нашем понимании природы и того, как работает Вселенная, неверно. Стандартная модель физики элементарных частиц — это лучшая теория, которой располагают ученые, чтобы описать самые основные строительные блоки Вселенной и силы, которыми они управляют. Однако новое измерение W-бозона — самое точное из когда-либо существовавших — прямо противоречит правилам Стандартной модели, согласно исследованию.
|
|
|
|
Бозон W, открытый в 1983 году, представляет собой электрически заряженную фундаментальную частицу, которая управляет так называемым слабым взаимодействием, одним из четырех фундаментальных взаимодействий в природе и, следовательно, одним из столпов Стандартной модели. Новое исследование было проведено в Fermilab, национальной лаборатории Министерства энергетики США, специализирующейся на физике частиц высоких энергий недалеко от Батавии, штат Иллинойс. Детектор коллайдера в Фермилабе (CDF) — это экспериментальное сотрудничество, которое изучает столкновения частиц от Тэватрона, одного из самых мощных в мире ускорителей частиц, путем столкновения частиц друг с другом на умопомрачительных скоростях. «Количество улучшений и дополнительных проверок, которые вошли в наш результат, огромно», — сказал профессор Ашутош Котвал из Университета Дьюка в Северной Каролине, который руководил этим анализом и является одним из примерно 400 ученых, участвующих в сотрудничестве CDF.
|
|
|
Профессор Котвал сказал, что им потребовалось более 10 лет, чтобы записать и тщательно изучить «набор данных о примерно 450 триллионах столкновений». «Мы приняли во внимание наше лучшее понимание нашего детектора частиц, а также достижения в теоретическом и экспериментальном понимании взаимодействия бозона W с другими частицами», — сказал он. «Когда мы, наконец, обнародовали результат, мы обнаружили, что он отличается от предсказания Стандартной модели». Ученые CDF заявляют, что теперь они определили массу частицы с точностью до 0,01% — вдвое точнее, чем в предыдущем лучшем измерении. Они сравнили это с измерением веса 350-килограммовой (800-фунтовой) гориллы с точностью до 40 граммов (1,5 унции). Они обнаружили, что предсказание Стандартной модели отличается на семь стандартных отклонений, которые также называются сигмой.
|
|
|
|
Гарри Клифф, специалист по физике элементарных частиц из Кембриджского университета, работающий на Большом адронном коллайдере в Европе, сказал, что если вы подбрасываете монетку, «шансы получить результат с пятью сигмами по глупой случайности составляют один к трем с половиной миллионам». «Если это правда, а не какая-то систематическая предвзятость или непонимание того, как проводить расчеты, то это огромная проблема, потому что это будет означать, что в нашей Вселенной есть новый фундаментальный ингредиент, который мы не открывали раньше», — сказал он. Однако он добавил, что «если вы собираетесь сказать что-то настолько важное, как мы нарушили Стандартную модель физики элементарных частиц, и есть новые частицы, которые нужно открыть, чтобы убедить людей в том, что вам, вероятно, потребуется более одного измерения из более одного измерения». Доктор Клифф сказал, что Стандартная модель — «вероятно, самая успешная теория и научная теория, которая когда-либо была написана — она может делать фантастически точные предсказания». Но если эти прогнозы окажутся неверными, их нельзя просто изменить.
|
|
|
|
«Это похоже на карточный домик, если вы слишком сильно потянете за одну его часть, все рухнет», — сказал Клифф агентству AFP. Стандартная модель не лишена недостатков — например, она не объясняет наличие темной материи, которая, как считается, составляет 95 % Вселенной. Представитель CDF Дэвид Тобак из Техасского университета A&M заявил, что результат является важным вкладом в проверку точности Стандартной модели. «Теперь задача сообщества физиков-теоретиков и других экспериментаторов — проследить за этим и пролить свет на эту тайну», — сказал он. «Если разница между экспериментальным и ожидаемым значением связана с каким-то новым взаимодействием частиц или субатомов, что является одной из возможностей, есть большая вероятность, что это что-то, что можно будет обнаружить в будущих экспериментах». Тэватрон был ускорителем частиц с самой высокой энергией в мире до 2009 года, когда его вытеснил Большой адронный коллайдер недалеко от Женевы, который несколькими годами позже, как известно, наблюдал бозон Хиггса. Теватрон прекратил работу в 2011 году, но с тех пор ученые CDF обрабатывают цифры. Исследование опубликовано в журнале Science.
|
|
|
|
Источник
|
