Il che pone un grosso problema per la fisica delle particelle, la particella pesa più del previsto

Il modello che abbiamo per comprendere l’universo particelle fondamentali Un po’ come un cambio: una piccola modifica alle proprietà di ogni singola particella elimina anche la meccanica delle altre particelle.

Quindi, quando viene pubblicato un documento di ricerca che rileva che la massa di una singola particella fondamentale differisce leggermente da quella precedentemente accettata, fa molto di più che stupire il mondo della fisica. Se fosse vera, una tale scoperta potrebbe significare che la fisica sottostante è “sbagliata” in un modo che deve ancora essere determinato e cambierà Fisica delle particelle per i decenni a venire.

La nostra comprensione delle particelle fondamentali, il Modello Standard della fisica delle particelle, è una delle più grandi conquiste dell’umanità negli ultimi 150 anni. Ci sono voluti migliaia di fisici e ingegneri che hanno lavorato per oltre un secolo per mettere insieme tutti i pezzi, iniziando con la scoperta dell’elettrone nel 1897 e finendo con Scoperta Dal lungimirante bosone di Higgs nel 2012.

All’inizio di questo mese, dopo 20 anni di analisi, gli scienziati del Collider Detector in Fermilab (CDF) hanno annunciato di aver effettuato la misurazione più accurata della massa del bosone W. Dopo milioni di esperimenti e osservazioni, la misura della massa ha raggiunto 1.43385738×10-22 Grammi. (Suona leggero, ma è più pesante di quanto dovrebbe essere.)

L’accuratezza della misurazione di una delle particelle portatrici di forza della natura è notevole: gli scienziati affermano che la massa modificata della particella è dello 0,01%, il doppio della precisione della migliore misurazione precedente. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science.

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Ma c’è un grosso problema: questa misurazione è in conflitto con il valore che gli scienziati usano negli input teorici del Modello Standard. In altre parole, se fosse vera, allora la misurazione della massa suggerirebbe che il Modello Standard della Fisica – una teoria del gold standard che spiega le quattro forze conosciute nell’universo e tutte le particelle fondamentali – è su un terreno instabile.

A differenza di altre particelle fondamentali come quark, elettroni e fotoni, il bosone W non è una particella che normalmente si apprende nelle scienze scolastiche. Tuttavia, come queste particelle, sono fondamentali per la formazione della materia nell’universo. Il bosone W è una particella messaggera in quella che è conosciuta come la “forza nucleare debole”, che fa parte delle quattro interazioni fondamentali conosciute nella fisica delle particelle. Gli altri sono l’elettromagnetismo, l’interazione forte e la gravità. Mentre la forza elettromagnetica e la gravità sono normali per le interazioni umane e la vita quotidiana, e la forza forte è ciò che tiene insieme i nuclei atomici, l’interazione debole non è chiaramente visibile. Tuttavia, la forza debole è implicata nel decadimento radioattivo degli atomi ed è indispensabile quanto le altre forze per il modo in cui il nostro universo appare oggi come una qualsiasi delle altre tre forze. L’interazione debole non può verificarsi senza l’aiuto del bosone W.

Per eseguire la nuova misurazione della massa del bosone W, i ricercatori hanno utilizzato i dati di collisione di Fermi National Expedited Laboratory, Un acceleratore di particelle è fuori servizio in Illinois. L’acceleratore di particelle del Fermilab spara protoni e antiprotoni l’uno contro l’altro a una velocità prossima a quella della luce e osserva da vicino l’esplosione di particelle energetiche che è risultata dalle conseguenze, quindi ne suscita le proprietà.

Durante il suo funzionamento, l’acceleratore è riuscito ad accumulare quattro milioni di bosoni filtranti, le cui proprietà sono state ripetutamente misurate. Attraverso calcoli approfonditi, gli scienziati hanno stabilito le loro misurazioni, che erano accurate fino a sette deviazioni standard, molto più alte delle cinque deviazioni standard che portano a un risultato statistico gold standard.

“Abbiamo preso in considerazione la nostra migliore comprensione del nostro rivelatore di particelle, nonché i progressi nella comprensione teorica e sperimentale delle interazioni del bosone W con altre particelle. Quando alla fine abbiamo rivelato il risultato, abbiamo scoperto che differiva dalla previsione del modello standard. “

Kotwal della Duke University, che ha condotto l’analisi ed è uno dei 400 scienziati nella collaborazione CDF, Lei disseIn un comunicato stampa. “Abbiamo preso in considerazione la nostra migliore comprensione del nostro rivelatore di particelle, nonché i progressi nella comprensione teorica e sperimentale delle interazioni del bosone W con altre particelle. Quando alla fine abbiamo rivelato il risultato, abbiamo scoperto che differiva dalla previsione del modello standard. “

la differenza? Nuove misurazioni mettono il bosone W a circa un decimo dell’uno per cento in più di massa rispetto a quanto previsto e accettato in precedenza. Sembra piccolo, ma è abbastanza per causare un grosso problema alla fisica delle particelle, se è vero.

Shum ha detto che la nuova misurazione della massa del bosone W “ha perso una pistola fumogena”.

“Il fatto che la massa misurata del bosone W non corrisponda alla massa prevista nel Modello Standard può significare tre cose. O la matematica è sbagliata, la misurazione è sbagliata o manca qualcosa nel Modello Standard.” Lui scrive Il fisico delle particelle ad alta energia John Conway in conversazione.

In altre parole, apportare modifiche al Modello Standard non influenzerebbe solo il Modello Standard, ma potrebbe scuotere tutta la fisica e la nostra comprensione dell’universo.

“Spetta ora alla comunità di fisica teorica e ad altri esperimenti dare seguito a questo e far luce su questo mistero”, ha detto il portavoce della CDF David Tupac in un comunicato stampa. “Se la differenza tra il valore sperimentale e il valore atteso è causata da una sorta di nuova particella o interazione subatomica, che è una possibilità, ci sono buone probabilità che sia qualcosa che può essere scoperto in esperimenti futuri”.

Il modello standard si è dimostrato incredibilmente efficace nel predire le proprietà delle sue particelle componenti e persino quelle di particelle invisibili in precedenza. A causa della loro natura meravigliosamente profetica, i fisici sono ansiosi di provare a fare buchi, che possono portare a nuove scoperte e nuova fisica. Infatti, come Ho menzionato il salone Nel 2021, l’esperimento Muon g-2 del Fermilab ha prodotto risultati strani leggermente diversi da quelli previsti dal modello standard, sebbene questi risultati non abbiano superato il “gold standard” di cinque deviazioni standard che li avrebbero resi definitivi.


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Ma quando si tratta di effettuare misurazioni molto accurate con un piccolo margine di errore, alcuni fisici affermano che è anche possibile che l’esperimento abbia dei difetti, piuttosto che il modello standard.

“La precisione è l’entità dell’incertezza e l’accuratezza è l’entità dell’errore potenziale”, ha affermato Shum. “Potresti avere qualcosa di molto sottile, ma è estremamente sbagliato.”

“Potresti chiedere: ‘Potrebbe essere un effetto sperimentale, un errore empirico e potrebbe essere una fonte di titolazione per quello?’ Bene, è una possibilità”, ha detto Bruce Shum, professore di fisica all’Università della California-Santa Cruz, e autore di A. libro popolare in fisica delle particelle, ha detto a Salon. “Se la differenza [in mass] È un errore, forse sì, la calibrazione del rivelatore è una fonte molto probabile di questo errore, quindi l’errore.

Shum ha detto che è importante distinguere tra Salute E sentenzeSi noti che una misurazione imprecisa può essere eseguita in modo molto accurato.

“La precisione è l’entità dell’incertezza e l’accuratezza è l’entità dell’errore potenziale”, ha affermato Shum. “Potresti avere qualcosa di molto sottile, ma è estremamente sbagliato.”

Shum ha affermato che la nuova misurazione della massa del bosone W dalla CDF “mancava una pistola fumogena”, in particolare, una ragione chiaramente definita per cui altre misurazioni di diversi esperimenti non concordano con il risultato della CDF per la massa del bosone W.

“È concepibile che a tutte le altre misurazioni manchi qualcosa e la misurazione CDF lo fa con più attenzione e ottiene la risposta giusta”, ha detto Shum. “Ma penso che con tutta probabilità, o il risultato CDF è sbagliato, o l’altro insieme di risultati è sbagliato.”

In precedenza, Shum aveva detto a Salon che era “eccessivamente drammatico” dire che il modello standard sarebbe stato completamente riscritto o ritirato.

Shum ha detto: “Il modello standard è sempre stato, sin dal giorno della sua invenzione, noto per essere la cosiddetta ‘teoria efficace’. Ha paragonato il modello standard alla ‘punta di un iceberg’, dove la punta è ben osservata e ho capito anche se non sappiamo bene cosa c’è sott’acqua.” “Scommetto tutti i soldi [the Standard Model] Non sarà mai rovesciato, come rappresentazione di quella punta dell’iceberg”.

Maggiori informazioni sulla fisica delle particelle:

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Elma Zito

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