فیزیکدانان به تازگی سنگین ترین ذره شناخته شده را با دقتی بی سابقه اندازه گیری کردند.

فیزیکدانان به تازگی سنگین ترین ذره شناخته شده را با دقتی بی سابقه اندازه گیری کردند.

جهان فیزیک ذرات اخیراً در زمینی متزلزل بوده است. برای سال‌ها، محققان ذرات را مورد بررسی قرار داده‌اند تا مطمئن شوند قوانینی که ما برای توضیح جهان استفاده می‌کنیم پابرجا هستند – با هدف نتایج بسیار ناسازگار.

 

برای افزودن به این تلاش، فیزیکدانانی که از برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) استفاده می کنند، اکنون سنگین ترین ذره بنیادی شناخته شده را با دقت بی سابقه ای اندازه گیری کرده اند.

با دقت بسیار زیاد. -برنده مورد نیاز برای مدل استاندارد فیزیک ذرات – مجموعه قوانینی که رفتار همه ذرات را پیش بینی می کند که دنیای ما را تشکیل می دهند – محاسبات جدید با حاشیه خطای قابل توجهی کمتر از محاسبات قبلی است که به فیزیکدانان اعتماد به نفس بیشتری نسبت به جرم واقعی ذره می دهد.

اما این بدان معنا نیست که پرونده بسته شده است – این اندازه‌گیری می‌تواند شروعی برای درک عمیق‌تر از نحوه عملکرد کیهان ما باشد.

ذره بنیادی مورد بحث نامیده می‌شود. کوارک بالا، و پرجرم‌ترین ذرات بنیادی شناخته شده است که در آن نقش دارد. به بخش اساسی از درک ما از کیهان.

مهم این است که جرم خود را از جفت شدن با بوزون هیگز بدست می آورد. الف>. این مشارکت قوی‌ترین جفت در این مقیاس است که ما در مدل استاندارد می‌شناسیم .

GraphShowingElementaryParticles(ScienceAlert)

همچنین مهم این است که کوارک برتر به چه چیزی تجزیه می شود. هنگامی که کوارک بالایی از طریق یک برخورد دهنده شکسته شد، تنها با نیروی ضعیف می‌تواند فروپاشی کند و به یک بوزون W تجزیه می شود (و معمولاً یک کوارک پایینی).

اگر یک خواننده معمولی ScienceAlert هستید، ممکن است W بوزون به عنوان مرکز جنجال های اخیر.

 

پس از سال ها تلاش برای ایجاد سوراخ در مدل استاندارد، محققین اخیراً منتشر شده مطالب عقب مانده قانع کننده ای از شواهدی که نشان می‌دهد تخمین‌های قبلی از جرم W-بوزون ممکن است در واقع اشتباه باشد.

اگر این یافته‌ها بیشتر تایید شوند، پیشنهاد می‌کنند ممکن است کل مدل استاندارد اشتباه باشد.

و اینجاست که کوارک بالایی به چیزها وارد می‌شود – ما می‌توانیم از جرم آن برای پیش‌بینی در مورد هر دو بوزون هیگز و بوزون W، بنابراین دریافت دقیق ترین اندازه گیری ممکن بسیار مهم است.

بیانیه مطبوعاتی شورای اروپا برای تحقیقات هسته ای (سرن) که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، “به طور قابل توجهی، دانش ما از پایداری جهان ما به دانش ترکیبی ما از بوزون هیگز و توده های کوارک بالا بستگی دارد.” ، توضیح می دهد.

“ما فقط می‌دانیم که با دقت اندازه‌گیری‌های فعلی جرم کوارک بالا، کیهان به یک حالت فراپایدار بسیار نزدیک است. اگر جرم کوارک بالا حتی کمی متفاوت بود، کیهان می‌شد در درازمدت کمتر پایدار است و در نهایت در یک رویداد خشونت‌آمیز مشابه بیگ بنگ ناپدید می‌شود. .”

اگرچه ممکن است ساده به نظر برسد که بتوانیم این ذرات را مانند اجسام معمولی وزن کنیم تا جرم آنها را بفهمیم، اما در واقع به این آسانی نیست.

 

برای تولید یک ذره بنیادی مانند کوارک بالا، فیزیکدانان ذرات زیراتمی معروف به پروتون را در دستگاه‌هایی مانند برخورد دهنده بزرگ هادرون با هم می‌کوبند. هر برخورد منجر به بیرون ریختن طیفی از ذرات دیگر می‌شود که به محققان امکان می‌دهد این محصولات جانبی را در یک محیط کنترل‌شده مطالعه کنند.

اما هنوز مشاهده واقعی ویژگی‌های هر ذره دشوار است. وقتی شروع به صحبت در این مقیاس‌های فوق‌العاده کوچک می‌کنیم، وارد قلمرو کوانتومی می‌شویم – جایی که ذرات کمی مبهم می‌شوند و تعیین دقیق جرم آنها دشوار است.

راه‌هایی برای حل این مشکل وجود دارد. یکی این است که یک آزمایش را چندین بار اجرا کنید و سپس نتایج را از نظر آماری خرد کنید. دیگری استفاده از روش های مختلف است. در این مورد، محققان مستقیماً ذره را اندازه‌گیری کردند و در عین حال اندازه‌گیری را با استفاده از اشکال دیگر داده‌ها در ترکیب با نظریه تثبیت‌شده (در این مورد اندازه‌گیری جرم قطبی آن نامیده می‌شود) انجام دادند.

به گفته محققان، آنها نتیجه جدید ۰.۱۲ گیگا ولت دقیق تر از محاسبات قبلی بر اساس داده های مشابه است، که باعث می شود ذره ۱۷۲.۷۶ گیگا الکترون ولت باشد (۰.۳ گیگا الکترون ولت می دهد یا می گیرد). این به خوبی با آنچه ما از نظریه‌های مبتنی بر مدل استاندارد، می گویند محققان سرن.

GraphsComparingPreviousAndCurrentMeasurementsاندازه گیری جرم کوارک بالا و عدم قطعیت قبلی (سمت چپ)، و آخرین اندازه گیری ها (راست). (CMS، LHC، CERN)

دقت بهبود یافته به لطف روش‌های تحلیل جدید است که از متغیرهای بیشتری نسبت به قبل برای مقابله بهتر با عدم قطعیت بین اندازه‌گیری‌ها استفاده می‌کند.

آخرین اندازه‌گیری داده‌های حاصل از برخوردهای انجام شده توسط آشکارساز الکترومغناطیسی میون فشرده LHC (CMS) در سال ۲۰۱۶ را بررسی کرد. محققان CERN به پنج ویژگی مختلف رویدادهای برخورد که یک جفت کوارک برتر را تولید کرده بودند، نگاه کردند. خواصی که آنها به آنها نگاه کردند به جرم کوارک بالایی بستگی دارد – و مطالعات قبلی فقط به سه ویژگی از رویدادها نگاه کرده بودند.

 

سپس این تیم کالیبره کرد. این مجموعه داده با دقت بسیار بالا برای تعیین اینکه کدام عدم قطعیت ها باقی مانده است – آنها می توانند این عدم قطعیت ها را استخراج کنند و هنگام کشف بهترین تناسب برای مقدار نهایی جرم کوارک بالا، آنها را بهتر درک کنند.

در حالی که این نتیجه به خودی خود یک گام بزرگ رو به جلو برای فیزیک ذرات و یک پیروزی آزمایشی برای مدل استاندارد است، سرن می‌گوید ما می‌توانیم انتظار دقت بیشتری را داشته باشیم زمانی که همین رویکرد برای مجموعه داده جمع‌آوری‌شده توسط آشکارساز CMS در ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸ – به غیر از آینده، در حال شکستن رکوردها در راه است. LHC به تازگی پس از سه سال خاموشی دوباره روشن شد و قبلاً رکوردها را شکسته است.

به جرات می توان گفت که با این اندازه گیری جرم به روز شده، و تکنیکی که آن را ارائه کرده است، ما در آستانه ورود حتی عمیق تر به آن هستیم. درک ما از کوچکترین جنبه های کیهان. این فضا را تماشا کنید.

می‌توانید در CERN.

 

برچسب‌ها:

نظرات کاربران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.