نتایج غیر قابل توضیح فیزیکدانان را با بزرگترین شتاب دهنده ذرات جهان فریب می دهد



اگر زیبایی در چشم بیننده است ، نتیجه جدید دردناکی را در نظر بگیرید که فیزیکدانان ذرات جهان را شوکه خواهد کرد. به طور خاص ، دانشمندان به داده های تازه از آشکارساز LHCb (زیبایی برخورد دهنده بزرگ هادرون) علاقه دارند ، آزمایشی که به بررسی پوسیدگی ب-ماسون – ذراتی که برای زیبایی حاوی کوارک هستند. در یک جلسه مجازی از کنفرانس سالانه Rencontres de Moriond در روز سه شنبه ، نزدیک به 1000 فیزیکدان مشاهده کردند که همکاری LHCb شواهدی از عدم تطابق غیرقابل توجیه در رفتار الکترون ها و پسر عموهای سنگین آنها ، میون ها را اعلام کرد.

طبق مدل استاندارد – نظریه ای که ذرات بنیادی و نیروهایی را که از آنها اطاعت می کنند منهای گرانش را توصیف می کند – لپتون ها به عنوان الکترون و میون هستند به جز جرم آنها یکسان است. بنابراین در مزون ها ، آنها باید به همان مقدار و به همان اندازه که به کائون و دو الکترون تجزیه می شوند ، به كائون و دو میون تجزیه شوند. با این وجود LHCb تفاوت در این پوسیدگی نادر زیبایی را یادآوری می کند: به نظر می رسد که مزون های B 15 درصد کمتر از الکترون به میون تجزیه می شوند.

مونیکا بلانچ ، فیزیکدان نظری در انستیتوی فناوری در کارلسروهه ، آلمان ، که در تحقیق جدید دخیل نبود ، گفت: “مطمئناً این اندازه گیری جدید جذاب است.” “اگر سرانجام به طور آزمایشی تأیید شود ، در واقع چیزی خارج از مدل استاندارد وجود دارد که با سلیقه لپتون ها متفاوت رفتار می کند.”

مدت ها است که فیزیکدانان از خود می پرسند آیا میون ها ، الکترون ها و سایر لپتون ها تفاوت دیگری غیر از جرم آنها دارند؟ آخرین نتیجه LHCb نشان می دهد که پاسخ ممکن است مثبت باشد. اهمیت این یافته از نظر آماری 3.1 سیگما است که با سطح پایه استاندارد برای اثبات شواهد در فیزیک ذرات مطابقت دارد. به طور دقیق ، سیگما 3.1 به این معنی است که در غیاب فیزیک جدید ، نوسانات آماری هنوز محققان را به عدم تطابق بین الکترونها و میونهای 15 درصد یا بیشتر آنها هر 740 بار آزمایش را انجام دادند. اگرچه به نظر می رسد این نشان می دهد که عدم تطابق الکترون-میون الکترونی تقریباً بیش از یک سراب است ، اما اثر سه سیگما در واقع بسیار کوچکتر از استاندارد طلای تشخیص در فیزیک ذرات است: پنج سیگما ، که برای آزمایش 3.4 میلیون کار می کند قبل از اینكه چنین مورد آماری بزرگی دیده شود. (این ارقام به سختی قابل درک هستند ، اما به طور قابل توجهی با احتمال اشتباه یک در 740 یا یک در 3.4 میلیون متفاوت است.)

چرا این همه سر و صدا درباره آمار؟ در LHCb و آزمایش های دیگر ، بسیاری از اختلافات بین دو و سه سیگما بین الکترون و میون در طول سالها ظاهر شده است. اما تاکنون هیچ یک از این نتایج پابرجا نبوده است: یک بار دیگر جمع آوری شد ، اختلاف بین لپتون ها ناپدید شد و مدل استاندارد را پیروزمندانه کرد.

“اگر فقط یک مورد بود ، من خیلی هیجان زده نمی شدم. من دیده ام که ناهنجاری های دیگر ناپدید می شوند. ” اما توسط آخرین نتیجه LHCb تشویق می شود زیرا از الگویی از اندازه گیری های دیگر پیروی می کند که همچنین به تفاوت بین الکترون و میون اشاره دارد. برای ایسیدوری و سایر فیزیکدانان ذرات ، این دلیل کافی است هیجان محتاطانه.

چیزی از زیبایی

LHCb که دقیقاً در مرز فرانسه و سوئیس واقع شده است ، یکی از بسیاری از ردیاب های مدار 17 میلی متر برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC) است. اگرچه LHCb نتایج برخورد پروتون و پروتون را نیز مورد بررسی قرار می دهد ، اما تمرکز آن روی پوسیدگی های بسیار نادر مانند مزون های B است.

پاتریک کوپنبورگ ، فیزیکدان ذرات بنیادی در LHCb گفت: “پوسیدگی های نادر روش دیگری برای تلاش برای یافتن ذرات سنگین است.” LHCb به جای اینکه پروتون ها را به هم متصل کند و به دنبال نشانه هایی از یک ذره جدید در ریزه ها باشد ، همانطور که LHC در جستجوی موفقیت آمیز موفقیت آمیز خود برای یافتن بوزون هیگز انجام داد ، تغییرات جزئی حوادث را از یک در یک میلیون مورد بررسی می کند. یعنی ، پوسیدگی نادر مزون B مستقیماً ذرات جدید تولید نمی کند – میونها و کائون ها کلاه های قدیمی هستند ، اما سرعت پوسیدگی ممکن است به سنگین بستگی داشته باشد ، ذرات دیده نشده ای که هنوز در پشت صحنه تأثیر می گذارند. به عنوان مثال ، در دهه 1960 ، پوسیدگی نادر کائون اشاره به وجود کوارک جذابیت قبل از کشف مستقیم آن داشت. LHCb برای تحریک این سوزن ها از انباردار کانه طراحی شده است. با این حال ، کار دشوار و پر از عدم اطمینان تجربی است.

سپس عدم اطمینان نظری وجود دارد که باید مورد توجه قرار گیرد: پیش بینی های مدل استاندارد که محققان نتایج آنها را با آن مقایسه می کنند. بخشی از هیجان ناشی از آخرین نتیجه LHCb این است که فروپاشی خاص مزون B “خالص” است – عدم اطمینان نظری بسیار کمی دارد. از بین بردن منبع منفرد خطا ، واقعاً تفاوت بین الکترون و میون را بسیار آسان تر می کند.

از زمان ایجاد مدل استاندارد در دهه 1970 ، فیزیکدانان نظری مدل هایی را ارائه داده اند که این تفاوت را در قالب یک ذره جدید توضیح می دهند. دو تا از بهترین کاندیداها Z ‘(تلفظ “zee prime”) است – نوعی تغییر از بوزون Z موجود – و leptoquark ، ذره ای که لپتون ها و کوارک ها را به هم متصل می کند. در روزها و هفته های آینده ، نظریه پردازان از آخرین نتیجه برای به روزرسانی مدل های خود استفاده می کنند – و در واقع سه نسخه چاپی کمتر از 24 ساعت پس از اعلام نتایج LHCb در حال حاضر منتشر شده است.

اما فیزیک این پوسیدگی نادر دور از دسترس نیست و قبل از سرزنش یک ذره جدید ، به داده های بیشتری نیاز است. بهترین گزینه برای تأیید Belle II ، یک آزمایش ژاپنی است. Mikihiko Nakao ، محقق در Belle II ، انتظار می رود حدود 5 سال طول بکشد تا با حساسیت LHCb جبران شود.

LHCb در حال حاضر برای نگهداری خاموش است. به گفته کوپنبورگ ، هنگامی که سال آینده با یک آشکارساز بهبود یافته مجدداً باز شود ، می تواند تمام داده های گرفته شده در دهه گذشته را فقط در یک سال دو برابر کند. در ماه آوریل ، نتایج آینده Muon g-2 ، آزمایشی در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده Fermi در باتاویا ، ایلینوی ، همچنین ممکن است تفاوت بین لپتون ها را روشن کند.

فیزیکدانان می دانند که این آخرین نتیجه – رونق داده ها – به احتمال زیاد فقط یک نوسان آماری است. آنها که قبلاً چندین بار ناامید شده بودند ، اکنون مراقب شرط بندی های خود هستند و سعی می کنند از انتقال امنیت یا سر و صدای غیرضروری جلوگیری کنند.

اما اگر واقعی باشد – خوب ، این بسیار زیبا خواهد بود.




منبع: khabar-nab.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*