Oamenii de știință care colaborează în colaborarea CMS au raportat descoperirea probabilă a unei particule necunoscute în descompunere în muoni cu o masă totală de 28 GeV. În prezent, niciun model teoretic nu prevede existența acestei particule, dar oamenii de știință speră că această anomalie nu este rezultatul unei erori statistice. Amprenta de observare este disponibilă în depozitul arXiv.org. Vă vom spune în detaliu despre studiu, care se poate dovedi atât o descoperire descoperită, cât și o altă pufă.
Bobină infernală
Solenoidul Comon Muon, sau CMS (Compact Muon Solenoid), este un detector mare de particule situat la Large Hadron Collider (LHC). Acest dispozitiv uriaș cu un diametru de 15 metri și o greutate de 15 mii de tone este proiectat pentru a căuta noua fizică - fizică dincolo de modelul standard. Dacă modelul standard descrie proprietățile tuturor particulelor elementare cunoscute (și unele nu au fost încă confirmate), atunci ipotezele din cadrul noii fizici încearcă să explice diverse fenomene care rămân încă un mister pentru oamenii de știință.
Conform uneia dintre ipoteze - supersimetrie - fiecare particulă elementară cunoscută corespunde unui superparten cu o masă mai grea. De exemplu, partenerul electronului, care este fermionul, este bosonul selectron, iar partenerul gluonului (care este bosonul) este fermionul gluino. Totuși, lipsa de rezultate care să confirme supersimetria a dus la faptul că acest model este abandonat de tot mai mulți oameni de știință.
Coliziunile proton-proton au loc în interiorul detectorului. Fiecare proton este format din trei quarkuri care sunt ținute împreună de câmpul gluon. La o viteză mare, comparabilă cu viteza luminii, câmpul de gluon se transformă într-o „supă” de particule - gluoni. Într-o coliziune frontală de protoni, doar câțiva quarcuri sau gluonuri interacționează între ele, restul particulelor zboară fără piedici. Au loc reacții care produc multe particule de scurtă durată, iar diferiți detectori de SMC înregistrează produsele lor de descompunere, inclusiv muoane. Mucii seamănă cu electronii, dar de 200 de ori mai masivi.
Cu ajutorul detectoarelor situate în afara solenoidului, oamenii de știință sunt capabili să urmărească traiectoriile muonilor cu o precizie ridicată și să determine ce a determinat exact apariția unei particule particulare. Un număr mare de coliziuni proton-proton sunt necesare pentru a crește șansele de producere a unei particule rare care se dezintegrează în muoni. Aceasta generează o cantitate astronomică de date (aproximativ 40 de terabyți pe secundă), iar pentru a găsi rapid ceva neobișnuit în ele, este folosit un sistem de declanșare special, care decide ce informații trebuie înregistrate.
Video promotional:
Fantoma din interior
CMS, împreună cu detectorul ATLAS, situat și la LHC, a fost utilizat pentru a căuta bosonul Higgs prevăzut de modelul standard. Această particulă este responsabilă de masa bosonilor W și Z (purtători ai interacțiunii slabe) și de absența masei în foton și gluon. În 2012, s-a descoperit bosonul Higgs cu o masă de 125 GeV. Cu toate acestea, oamenii de știință cred că ar putea exista și alte bosonii Higgs cu masă inferioară în afara Modelului Standard. Acestea sunt prezise de modelul Higgs cu două duble și NMSSM (modelul standard supersimetric de lângă cel minim). În ciuda tuturor testelor experimentale, oamenii de știință încă nu au fost în măsură să dovedească sau să respingă aceste ipoteze.
Oamenii de știință de la CMS caută alte particule exotice ușoare. Acestea includ, de exemplu, fotoni întunecați - purtători ai unei interacțiuni fundamentale complet noi, care amintesc de electromagnetic și care sunt analogi fotonilor pentru materia întunecată. O altă particulă ipotetică este analogul întunecat al bosonului Z.
Fizicienii au efectuat un experiment pentru a găsi dovezi despre existența unui boson ușor, care este emis de o pereche de quarks destul de buni (b-quarks) și se descompun într-un muon și un anti-muon. În timpul experimentului în coliziuni proton-proton la o energie în centrul sistemului de masă (un sistem în care particulele au un moment egal și opus direcționat) egal cu 8 TeV, au fost înregistrate o serie de evenimente care sunt asociate probabil cu un boson ipotetic.
Primul tip de evenimente include apariția unui jet de b-quarks în centrul detectorului și a părții sale frontale, iar al doilea - apariția a două jeturi în centru și nu a unui singur jet în partea din față. În ambele cazuri, a fost observat un exces din perechile de muoni emergenți, iar masa perechilor, după cum se arată în analiza ulterioară, a atins 28 GeV. Diferența numărului de perechi de muoni față de valorile de fundal pentru evenimentele de primul fel este de 4,2 deviație standard (sigma), iar pentru evenimentele de al doilea tip este 2,9 sigma.
Moartea fizicii
În fizica particulelor, o diferență de cinci sigme indică o anumită existență a unei anomalii care nu ar fi putut apărea din întâmplare. Cu toate acestea, dacă diferența se află în intervalul 3-5 sigma, atunci fizicienii spun că acest lucru indică doar existența unei particule noi. În ultimul caz, este necesar să obținem mult mai multe date pentru a confirma (sau a respinge) rezultatul, pentru a exclude erorile în procesarea și interpretarea datelor. Dacă totul este confirmat, atunci putem spune că muioanele apar din cauza degradării unei particule din New Physics.
Nu este prima dată când a fost observat un fenomen la LHC care nu se încadrează în modelul standard. În 2016, fizicienii au anunțat descoperirea semnelor existenței unei rezonanțe corespunzătoare unei particule masive de scurtă durată. Acesta a fost înregistrat în 2015 ca un exces de perechi de fotoni cu o masă totală de 750 GeV, în care se presupune că această particulă se descompune. Cu alte cuvinte, această particulă ar fi trebuit să fie de șase ori mai masivă decât bosonul Higgs. Cu toate acestea, analiza datelor colectate la colizorul ulterior nu a confirmat acest rezultat.
Până acum, fizicienii nu au găsit urme fiabile ale existenței noii fizici. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială că ar trebui să existe, deoarece Modelul Standard nu este capabil să explice astfel de fenomene precum problema ierarhiei maselor de fermion (este introdus un hipotetic boson Goldstone pentru a o rezolva), existența masei în neutrini, asimetria materiei și antimateria, originea energiei întunecate și altele. Prezența materiei întunecate în Univers presupune o întreagă clasă de particule ipotetice cu proprietăți exotice care o compun. Paradoxal, tot ceea ce oamenii de știință au reușit până acum este să confirme experimental modelul standard epuizat.
Unii oameni de știință sugerează că, dacă este posibil să se dovedească Noua Fizică, acest lucru ar trebui să se facă în viitorul foarte apropiat, în următorii ani. În caz contrar, va fi posibil să vă temeți serios că umanitatea nu va mai putea face descoperiri semnificative. Este încurajator faptul că în ultima perioadă au fost descoperite tot mai multe anomalii asupra acceleratoarelor, ceea ce sugerează că oamenii de știință sunt pe punctul de a fi ceva complet nou.
Alexandru Enikeev
