CMS-yhteistyössä työskentelevät tutkijat ilmoittivat tuntemattoman hiukkasen löydettävän muoneiksi, joiden kokonaismassa on 28 GeV. Tällä hetkellä mikään teoreettinen malli ei ennusta tämän hiukkasen olemassaoloa, mutta tutkijat toivovat, että tämä poikkeavuus ei johdu tilastollisesta virheestä. Havainnon esitulos on saatavilla arXiv.org-arkistossa. Kerromme sinulle yksityiskohtaisesti tutkimuksesta, joka voi osoittautua sekä läpimurtohavainnoksi että toiseksi puffiksi.
Hellish kela
Compact Muon Solenoid, tai CMS (Compact Muon Solenoid), on suuri hiukkasdetektori, joka sijaitsee LHC: n (Hadron Collider) kohdalla. Tämä jättiläinen laite, jonka halkaisija on 15 metriä ja paino 15 tuhatta tonnia, on suunniteltu etsimään uutta fysiikkaa - fysiikkaa standardimallin ulkopuolella. Jos standardimalli kuvaa kaikkien tunnettujen alkuainehiukkasten ominaisuuksia (ja joitain ei ole vielä vahvistettu), niin uuden fysiikan puitteissa tehdyt hypoteesit yrittävät selittää erilaisia ilmiöitä, jotka ovat edelleen salaisuus tutkijoille.
Yhden hypoteesin - supersymmetria - mukaan jokainen tunnettu alkuainepartikkeli vastaa superpartneria, jolla on raskaampi massa. Esimerkiksi elektronin kumppani, joka on fermioni, on selektronibosoni, ja gluonin (joka on bosoni) kumppani on gluinofermioni. Tulosten puute supersymmetrian vahvistamiseksi on kuitenkin johtanut siihen, että yhä useammat tutkijat ovat hylänneet tämän mallin.
Protoni-protoni-törmäykset tapahtuvat ilmaisimen sisällä. Jokainen protoni koostuu kolmesta kvarkista, joita gluonikenttä pitää yhdessä. Suurella nopeudella, verrattavissa valon nopeuteen, gluonikentä muuttuu hiukkasten "keittoksi" - gluoniksi. Protonien päinvastaisessa törmäyksessä vain muutama kvarkki tai gluoni on vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, loput hiukkaset lentävät ilman esteitä. Reaktiot tapahtuvat, jotka tuottavat monia lyhytaikaisia hiukkasia, ja erilaiset CMS-ilmaisimet rekisteröivät hajoamistuotteensa, mukaan lukien kuikot. Kuonit muistuttavat elektroneja, mutta 200 kertaa massiivisemmat.
Solenoidin ulkopuolella sijaitsevien ilmaisimien avulla tutkijat kykenevät seuraamaan kuunon suuntaviivat suurella tarkkuudella ja määrittämään, mikä tarkalleen aiheutti tietyn hiukkasen ulkonäön. Tarvitaan suuri määrä protoni-protoni-törmäyksiä lisätä mahdollisuuksia tuottaa harvinainen hiukkas, joka hajoaa muoneiksi. Tämä tuottaa tähtitieteellisen määrän dataa (noin 40 teratavua sekunnissa), ja jotain epätavallisen löytämiseksi heistä nopeasti, käytetään erityistä liipaisujärjestelmää, joka päättää mitä tietoja tallennetaan.
Mainosvideo:
Aave sisällä
CMS: ää yhdessä ATL-detektorin kanssa, joka sijaitsi myös LHC: ssä, käytettiin etsimään standardimallin ennustamaa Higgs-bosonia. Tämä partikkeli vastaa W- ja Z-bosonien (heikon vuorovaikutuksen kantajien) massasta ja massan puutteesta fotonissa ja gluonissa. Vuonna 2012 löydettiin Higgsin bosoni, jonka massa oli 125 GeV. Tutkijoiden mielestä standardimallin ulkopuolella voi olla myös muita pienemmän massan Higgs-bosoneja. Niitä ennustavat kaksinkertainen Higgs-malli ja NMSSM (seuraavaksi minimaaliseksi supersymmetrinen standardimalli). Kaikista kokeellisista testeistä huolimatta tutkijat eivät ole vieläkään pystyneet todistamaan tai kiistämään näitä hypoteeseja.
CMS: n tutkijat etsivät muita kevyitä eksoottisia hiukkasia. Näitä ovat esimerkiksi tummat fotonit - täysin uuden perustavanlaatuisen vuorovaikutuksen kantajat, jotka muistuttavat sähkömagneettisia ja jotka ovat analogisia tumman aineen fotonien kanssa. Toinen hypoteettinen hiukkanen on Z-bosonin tumma analogi.
Fyysikot ovat suorittaneet kokeilun löytääkseen todisteita kevyen bosonin olemassaolosta, jonka erottaa pari kauniita kvarkeja (b-kvarkeja) ja joka hajoaa muikiksi ja anti-muoneiksi. Protonin ja protonin välisissä törmäyksissä tapahtuvan kokeen aikana energian ollessa massakeskipisteessä (järjestelmä, jossa hiukkasilla on yhtä suuret ja vastakkain suunnatut momentit), joka on yhtä suuri kuin 8 TeV, rekisteröitiin joukko tapahtumia, jotka todennäköisesti liittyvät hypoteettiseen bosoniin.
Ensimmäisen tyyppisiin tapahtumiin kuuluu b-kvarkkisuihkun ilmestyminen ilmaisimen keskelle ja sen etuosaan, ja toinen - kahden suihkun ilmestyminen keskelle eikä yhden suihkun esiosaan. Molemmissa tapauksissa havaittiin ylimäärä nousevia muonipareja, ja parien massa, kuten seuraavassa analyysissä osoitetaan, saavutti 28 GeV. Ero muoniparien lukumäärässä ensimmäisen tyyppisten tapahtumien tausta-arvoista on 4,2 keskihajontaa (sigma), ja toisen tyyppisissä tapahtumissa se on 2,9 sigma.
Fysiikan kuolema
Hiukkasfysiikassa viiden sigman ero osoittaa tietyn poikkeaman olemassaolon, jota ei olisi voinut syntyä sattumalta. Jos ero on kuitenkin 3-5 sigma-alueella, fyysikot sanovat, että tämä osoittaa vain uuden hiukkasen olemassaolon. Jälkimmäisessä tapauksessa on tarpeen saada paljon enemmän tietoja tuloksen vahvistamiseksi (tai kumottamiseksi) tietojen käsittelyssä ja tulkinnassa esiintyvien virheiden sulkemiseksi pois. Jos kaikki vahvistetaan, voimme sanoa, että kuikot syntyvät uuden fysiikan hiukkasen rappeutumisen seurauksena.
Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun LHC: ssä on havaittu ilmiö, joka ei sovi vakiomalliin. Fyysikot ilmoittivat vuonna 2016 löytävänsä merkkejä massiivista lyhytaikaista hiukkasta vastaavan resonanssin olemassaolosta. Se rekisteröitiin vuonna 2015 ylimääräisenä fotonipareina, joiden kokonaismassa on 750 GeV, johon tämä hiukkas väitetään hajoavan. Toisin sanoen tämän hiukkasen olisi pitänyt olla kuusi kertaa massiivisempi kuin Higgsin bosoni. Myöhemmin colliderissa kerättyjen tietojen analyysi ei vahvistanut tätä tulosta.
Tähän asti fyysikot eivät ole löytäneet luotettavia jälkiä uuden fysiikan olemassaolosta. Ei kuitenkaan ole epäilystäkään siitä, että sen pitäisi olla olemassa, koska standardimalli ei kykene selittämään sellaisia ilmiöitä kuin fermionimassojen hierarkian ongelma (hypoteettinen Goldstone-bosoni otetaan käyttöön sen ratkaisemiseksi), massan olemassaolo neutriinoissa, aineen ja antimaterian epäsymmetria, tumman energian alkuperä ja muut. Ainoa tumman aineen esiintyminen maailmankaikkeudessa edellyttää koko luokkaa hypoteettisia hiukkasia, joilla on eksoottiset ominaisuudet, jotka muodostavat sen. Paradoksaalisesti, kaikki mitä tutkijat ovat tähän mennessä pystyneet tekemään, on kokeellisesti vahvistaa uupunut standardimalli.
Jotkut tutkijat ehdottavat, että jos on mahdollista todistaa uusi fysiikka, se pitäisi tehdä lähitulevaisuudessa, lähivuosina. Muuten on mahdollista pelätä vakavasti, ettei ihmiskunta enää pysty tekemään merkittäviä löytöjä. On rohkaisevaa, että kiihdyttimissä on havaittu viime aikoina yhä enemmän poikkeavuuksia, vihjaten, että tutkijat ovat jotain täysin uutta.
Alexander Enikeev