mai 17, 2022

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Les physiciens sont ravis par la nouvelle mesure de W Boson.

Travailleurs du collisionneur de particules du Laboratoire Fermi.

Une équipe de centaines de scientifiques a mesuré avec précision la masse du boson W, une particule élémentaire responsable de la force nucléaire faible. Les chercheurs ont découvert, à leur grande surprise, que Le boson est plus massif que prévu Forme standard En physique des particules, la théorie de travail qui décrit de nombreuses forces fondamentales de l’univers.

La nouvelle valeur a été extraite de 10 ans d’expériences et de calculs par 400 chercheurs dans 54 institutions différentes à travers le monde, un effort incroyable. Toutes les données ont été recueillies à partir d’expériences sur quatre étages, 4500-tonnes détecteur de collision (CDF-II en abrégé) à l’accélérateur Tevatron du Fermilab près de Chicago, Illinois.

La collaboration CDF fonde le groupe W. La masse du boson est de 80 433 +/- 9 MeV/c^2, qui est un nombre Presque le double de la précision de sa mesure précédente collectif. Pour avoir une idée de l’échelle, la nouvelle mesure place le boson W à environ 80 fois la masse du proton. Résultats par équipe publié Aujourd’hui en sciences.

« La vérité est que ce qui s’est passé ici est le nombre de fois que des choses se produisent en science. Nous avons regardé le nombre, David Tobak, physique à la Texas A & M University et porte-parole de CDF Collaboration, a déclaré lors d’un appel vidéo. « On pouvait voir qu’elle ne faisait que laver les gens. C’était calme. Nous ne savions pas quoi en faire. »

« Nous avons été très agréablement surpris [with the result]A écrit Ashutosh Kotwal, physicien à l’Université Duke et membre de la collaboration CDF, dans un e-mail. « Nous étions tellement concentrés sur la précision et la robustesse de notre analyse que la valeur elle-même a été un merveilleux choc. »

Le boson W est lié à nucléaire faibleune réaction primaire responsable d’un type de désintégration radioactive et de fusion nucléaire qui se produit dans les étoiles. Ne vous inquiétez pas – le boson a une masse très différente de celle attendue ne signifie pas que nous avons mal compris des choses comme la fusion nucléaire – mais cela signifie qu’il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas sur les particules qui composent l’univers et comment ils interagissent.

Un graphique montrant le résultat exact de la dernière expérience.

« Le modèle standard est le meilleur que nous ayons pour la physique des particules. C’est incroyablement bon. Le problème est que nous savons que nous nous trompons », a déclaré Tupac. Faire le modèle standard correctement, ce qui pourrait nous donner une idée de ce qui est le plus correct ?« 

Le modèle standard prédit une valeur pour la masse d’un boson W, une valeur que l’équipe a cherché à contester avec une note de 4 Un million de bosons filtres produits par des collisions entre protons et antiprotons au Fermilab. Leur résultat était supérieur aux prédictions du modèle standard Énorme sept écarts-types. Kotwal, qui a posté cinq Des mesures de plus en plus précises de la masse de la particule au cours des 28 dernières années, a-t-elle déclaré, « tLes chances d’augmenter les sept écarts-types sont une chance statistique inférieure à 1 sur un milliard.

Tupac a comparé la mesure à la mesure d’un gorille pesant 800 livres dans une once de son poids réel. Comme pour de nombreuses expériences scientifiques, en particulier en physique des particules, où les masses sont très faibles, les chercheurs ont masqué leurs résultats, pour s’assurer que les calculs n’étaient pas affectés par les attentes ou les espoirs de l’équipe de recherche.

Mais maintenant, avec une mesure très précise qui est très différente de celle d’avant, le minimum Selon des estimations, les physiciens ont la tâche peu enviable de déterminer ce que le modèle standard n’est pas. Ce n’est certainement pas la première fois que la physique subatomique s’avère réellement différente des meilleures suppositions de l’humanité. avril dernierMuon g-2 Collaboration a trouvé des preuves supplémentaires que les propriétés de MYUN (une autre particule subatomique) peut ne pas être en accord avec les prédictions du modèle standard. Et deux des faits les plus importants de l’univers – la gravité et la matière noire – sont Célèbre que le modèle n’a pas expliqué.

Un ouvrier regarde l'énorme détecteur.

Le détecteur de collisionneur du laboratoire Fermi de 4 500 tonnes.
photo: © Corbis / Corbis (Getty Images)

« Afin de découvrir quelle pourrait être la théorie la plus fondamentale, il est important de trouver des phénomènes qui ne peuvent pas être expliqués par [Standard Model] », Par email Claudio Campaniari, physicien à l’Université de Californie-Santa Barbara n’est pas affilié à la dernière étude. En d’autres termes, les phénomènes dans lesquels le [Standard Model] L’approximation s’effondre. » Campagmari Co-écrit par Article Points de vue Sur La nouvelle mesure.

Il existe des essais préparés pour cela; elles vont Étudiez les implications de la découverte d’aujourd’hui à travers diverses expériences de collision. Les résultats d’ATLAS sont imminents et Solénoïde compact à muons (CMS)deux détecteurs du Grand collisionneur de hadrons du CERN (les deux détecteurs responsables de A la découverte du boson de Higgs Depuis 10 ans). et le grande lumière collisionneur de hadrons-ce Développement qui – lequel Le nombre de collisions possibles augmentera d’un facteur 10– Il stimulera également Opportunités Voir de nouvelles particules fascinantes lorsqu’elles seront terminées en 2027.

Les collisions CDF ont eu lieu entre protons et antiprotons, tandis que le grand hadrons collisionneur La collision d’un proton et d’un proton en résulte. Kotwal a dit que si les humains construisaient un collisionneur électron-positon, Il permettra des mesures précises et la recherche de grands processus rares hadrons collisionneur ne peut pas être produit.

Comme l’a dit Martijn Mulders, un physicien du CERN qui a co-écrit l’article Perspectives, Dans un e-mail, les physiciens adopteront une approche à deux volets pour tester le modèle : mesurer des particules connues (telles que le boson W) avec une précision croissante, ainsi que découvrir des particules entièrement nouvelles. nouvelles particules On les trouve souvent en « chassant » la chasse.: passer au crible le bruit de forage subatomique Mush pour voir ce qui a été généré de manière inattendue.

L’accélérateur Tevatron a été fermé en 2011, juste après la fin de la collaboration expérimentale. Le résultat d’aujourd’hui est donc l’au-delà pour l’instrument légendaire et un énorme W pour l’équipe et la physique des particules dans son ensemble.

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