Najważniejsze osiągnięcie w odkryciu podstawowych sił wszechświata w Wielkim Zderzaczu Hadronów

Naukowcy z Uniwersytetu w Rochester współpracujący z CMS Collaboration in CERNPoczyniliśmy znaczny postęp w pomiarach kąta mieszania elektrosłabego, pogłębiając naszą wiedzę na temat Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych.

Ich praca pomaga wyjaśnić podstawowe siły wszechświata, wsparta eksperymentami, takimi jak te w Wielkim Zderzaczu Hadronów, które badają warunki podobne do tych, które miały miejsce po Wielkim Wybuchu. wielka eksplozja.

Odkryj kosmiczne tajemnice

Próbując odkryć tajemnice wszechświata, badacze z Uniwersytetu w Rochester od dziesięcioleci angażują się we współpracę międzynarodową w ramach Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych, powszechnie znanej jako CERN.

Opierając się na swoim szerokim zaangażowaniu w CERN, zwłaszcza we współpracy z CMS (Compact Muon Solenoid), zespół z Rochester – kierowany przez Ari Budka, George’a E. Buck – niedawne przełomowe osiągnięcie. Ich osiągnięcie koncentruje się na pomiarze kąta mieszania elektrosłabego, podstawowego składnika Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych. Model ten opisuje wzajemne oddziaływanie cząstek i dokładnie przewiduje szeroki zakres zjawisk w fizyce i astronomii.

„Najnowsze pomiary kąta mieszania elektrosłabego są niezwykle dokładne, obliczone na podstawie zderzeń protonów w CERN i pogłębiają zrozumienie fizyki cząstek elementarnych” – mówi Budick.

the Współpraca w systemie zarządzania treścią Zrzesza członków społeczności fizyków cząstek elementarnych z całego świata, aby lepiej zrozumieć podstawowe prawa wszechświata. Oprócz Budicka w skład grupy Rochester współpracującej z CMS wchodzą główni badacze Regina DeMina, profesor fizyki i Aran Garcia Bellido, profesor nadzwyczajny fizyki, a także pracownicy naukowi ze stopniem doktora oraz studenci studiów magisterskich i licencjackich.

Naukowcy z Uniwersytetu w Rochester mają długą historię pracy w CERN w ramach współpracy w ramach projektu Compact Muon Solenoid (CMS), w tym odegrali kluczową rolę w odkryciu bozonu Higgsa w 2012 r. Źródło: Samuel Joseph Herzog. Juliana Mariusza Urdana

Dziedzictwo odkryć i innowacji w CERN

CERN, mieszczący się w Genewie w Szwajcarii, jest największym na świecie laboratorium fizyki cząstek elementarnych i słynie z pionierskich odkryć i najnowocześniejszych eksperymentów.

Naukowcy z Rochester mają długą historię pracy w CERN w ramach współpracy CMS, w tym odgrywania kluczowych ról w… 2012 Odkrycie bozonu Higgsa– Cząstka elementarna, która pomaga wyjaśnić pochodzenie masy we wszechświecie.

Prace w ramach współpracy obejmują gromadzenie i analizowanie danych zebranych z detektora elektromagnetycznego mionów wbudowanego w Wielki Zderzacz Hadronów w CERN, największy i najpotężniejszy akcelerator cząstek na świecie. LHC składa się z pierścienia nadprzewodzących magnesów i struktur akceleracyjnych o długości 27 km, zbudowanego pod ziemią i rozciągającego się wzdłuż granicy szwajcarsko-francuskiej.

Podstawowym celem Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) jest badanie podstawowych elementów składowych materii i sił, które nimi rządzą. Osiąga to poprzez przyspieszanie wiązek protonów lub jonów do prędkości bliskiej prędkości światła i rozbijanie ich razem przy niezwykle wysokich energiach. Zderzenia te odtwarzają warunki podobne do tych, które istniały milisekundy po Wielkim Wybuchu, umożliwiając naukowcom badanie zachowania cząstek w ekstremalnych warunkach.

Demontaż zjednoczonych sił

W XIX wieku naukowcy odkryli, że różne siły elektryczności i magnetyzmu są ze sobą powiązane: zmieniające się pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne i odwrotnie. Odkrycie to stworzyło podstawę dla elektromagnetyzmu, który opisuje światło jako falę i wyjaśnia wiele zjawisk w optyce, a także opisuje wzajemne oddziaływanie pól elektrycznych i magnetycznych.

Opierając się na tym zrozumieniu, w latach sześćdziesiątych fizycy odkryli, że elektromagnetyzm jest powiązany z inną siłą, siłą słabą. Oddziaływanie słabe działa w jądrze atomów i jest odpowiedzialne za takie procesy, jak rozpad radioaktywny i zasilanie produkcji energii słonecznej. Odkrycie to doprowadziło do rozwoju teorii elektrosłabej, która zakłada, że ​​elektromagnetyzm i oddziaływanie słabe są w rzeczywistości niskoenergetycznymi przejawami jednolitej siły zwanej ujednoliconym oddziaływaniem elektrosłabym. Kluczowe odkrycia, takie jak bozon Higgsa, potwierdziły tę koncepcję.

Postępy w słabych oddziaływaniach elektrostatycznych

W ramach współpracy CMS dokonano niedawno jednego z najdokładniejszych jak dotąd pomiarów tej teorii, analizując miliardy zderzeń protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Skupili się na pomiarze słabego kąta mieszania – parametru opisującego sposób, w jaki elektromagnetyzm i słabe siły mieszają się ze sobą, tworząc cząstki.

Poprzednie pomiary kąta mieszania elektrosłabego wywołały kontrowersje w środowisku naukowym. Jednak najnowsze wyniki są ściśle powiązane z przewidywaniami Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych. Absolwent Rochester Rhys Towse i pracownik naukowy ze stopniem doktora Aliko Khokhonishvili zastosowali nowe techniki, aby zmniejszyć niepewności metodologiczne nieodłącznie związane z tym pomiarem i zwiększyć jego dokładność.

Zrozumienie słabego kąta mieszania rzuca światło na współpracę różnych sił we wszechświecie w najmniejszych skalach, pogłębiając zrozumienie podstawowej natury materii i energii.

„Zespół z Rochester opracowuje innowacyjne techniki i mierzy parametry elektrosłabe od 2010 roku, a następnie wdraża je w Wielkim Zderzaczu Hadronów” – mówi Budick. „Te nowe techniki zwiastują nową erę testowania dokładności przewidywań Modelu Standardowego”.