общ, изследване, технология

Сривът на стандартния модел - клатушкането на малка частица нарушава известните закони на физиката

Така че настъпи дългоочакваният момент - върху товаседмица учените обявиха съществуването на елементарни частици, непознати на науката, и взаимодействията между тях, които са жизненоважни за природата и развитието на космоса. Нашите редовни читатели вероятно ще знаят, че напоследък има все повече доказателства, че една малка субатомна частица изглежда не се подчинява на известните закони на физиката. Новото откритие, за което ще говорим в тази статия, отваря вратата към непознатото в нашето разбиране за Вселената. Според американския физик-теоретик Мичио Каку в Twitter, резултатите показват, че мюонът (намиращ се в космическите лъчи) и електронът - които трябва да бъдат идентични - изглежда имат различни свойства. Това може да е доказателство за съществуването на някаква „висша теория на физиката, включително нови частици, и в същото време да бъде потвърждение на теорията на струните“. И все пак, не всички учени са толкова оптимисти.

Мунски пръстен g-2 в Националния ускорителFermi Laboratories (Fermilab, САЩ) работи при температури от минус 450 градуса по Фаренхайт и изучава трептенията на мюоните при преминаването им през магнитно поле.

Съдържанието

  • 1 Сбогом стандартен модел?
  • 2 Какво е Muon
  • 3 Как физиците откриха аномалията
  • 4 Нова физика

Сбогом стандартен модел?

Фактът, че едно ново откритие е може би най-важното за съвременната физика, е написан от всички световни медии. И все пак експериментите с частици, известни като мюони, показват това съществуват непознати за науката форми на материя и енергия... Въпреки невероятния успех в обяснението на основните частици и сили, които изграждат Вселената, описанието на Стандартния модел остава ужасно непълно.

Първо, тя не отчита гравитацията и точномълчи също за природата на тъмната материя, тъмната енергия и неутринните маси. За да обяснят тези и други явления, учените търсят Нова физика (физика извън стандартния модел), изследвайки аномалии, при които експерименталните резултати се различават от теоретичните прогнози.

Какво е Мюон

Мюон Е нестабилна елементарна частица сотрицателен заряд, подобен на електрон, но много по-тежък. Това е неразделен елемент от пространството. Изследователите отбелязват, че тези основни частици са малки магнити, въртящи се около собствената си ос.

Изследователи от Националния ускорителEnrico Fermi Laboratories (Fermilab, USA) в хода на експеримента Muon g-2 искаше да получи точни измервания на трептенето на магнитните мюони при преминаване през магнитно поле. Ако експерименталната стойност на магнитния момент на тези частици се различава от теоретичната прогноза - аномалия - това отклонение може да е знак за нова физика, в която мюонът е повлиян от фина и неизвестна частица или сила.

„Това е моментът ни за кацане с роувър“, каза пред The ​​New York Times Крис Поли, физик от Националната лаборатория за ускорители на Ферми, където се провеждат изследванията.

Наскоро актуализирана експериментална стойностза мюони, публикуван във Physical Review Letters, се отклонява от теорията само с незначително количество (0,00000000251) и има статистическа значимост от 4,2 сигма. Учените трябва да постигнат 5 сигма за пълна увереност. Но дори и това малко количество може драстично да промени посоката на физиката на частиците,

Според Scientific American, с такивастатистическата значимост на сигмата, изследователите все още не могат да кажат, че са направили откритие. Но доказателствата за нова физика на мюоните - съчетани с аномалии, наблюдавани наскоро при експеримента Beauty Large Hadron Collider (LHCb) в CERN близо до Женева - са впечатляващи и провокативни. Прочетете повече за това откритие в нашия материал.

Как физиците откриха аномалията

Представете си всяка мюон като малкааналогов часовник. Докато частицата обикаля магнита, часовата стрелка се върти със скоростта, предвидена от стандартния модел. Когато мюонът изтече, той се разпада в позитрон, който се излъчва по посока на часовниковата стрелка. Но ако тази стрела се завърти с различна скорост от теоретичната - да кажем, твърде бързо - разпадането на позитрона ще завърши с посока в малко по-различна посока. (При тази аналогия часовата стрелка съответства на спина на мюона, квантовото свойство, което определя посоката на разпадане на мюона.) Намерете достатъчно отклоняващи позитрони и имате аномалия.

Когато мюон пътува през космоса, това пространство всъщност е съскаща и роеща се супа от безкраен брой виртуални частици, които могат да се появят и изчезнат.

Мюонният пръстен за съхранение на частици в сградата MC-1 във Fermilab.

Това, което обаче предполага тази аномалия, едвусмислен. Може би нещо не се взема предвид от стандартния модел и може да е разликата между електроните и мюоните. Или подобен ефект може да се наблюдава при електрони, които в момента са твърде малки, за да се видят. Спомнете си, че масата на частицата е свързана с това колко тя може да взаимодейства с по-тежки неизвестни частици, така че мюоните, чиято маса е около 200 пъти масата на електроните, са много по-чувствителни.

Учените също съобщават, че вероятността товаполучените измервания могат случайно да бъдат равни на едно на 40 000. Това е значително по-малко от златния стандарт, изискван за официално откритие по стандартите на физиката, а резултатите, получени от изследователите, представляват само 6 процента от общите данни, че мюон експеримент се очаква да се събере през следващите години.

Вижте също: Учените се доближават до разбирането защо Вселената съществува

Нова физика

Сензационно откритие от изследователи от Фермилабе важна връзка в нашето разбиране за това какво може да лежи извън Стандартния модел, но теоретиците, търсещи нова физика, нямат безкрайно пространство за изследване. Всяка теория, която се опитва да обясни резултатите от мюонния експеримент, също трябва да вземе предвид липсата на нови частици по време на изследванията в LHC в ЦЕРН.

Инспекция на мюонния пръстен g-2 през 2013 г.

Интересното е, че в някои от предложенитеДнешните теории Вселената съдържа няколко вида хигс бозони, не само този, включен в стандартния модел. Други теории цитират екзотични "лептокварки", които предизвикват нови видове взаимодействия между мюони и други частици. Но тъй като много от най-простите версии на тези теории вече са изключени, физиците "трябва да мислят по нетрадиционен начин", пише National Geographic.

Подобно на Fermilab обаче, LHCb експериментът се нуждае от повече данни, преди да заяви ново откритие. Но дори и сега комбинацията от тези два резултата пречи на физиците да спят добре.

Следващата стъпка в тази посока на изследване еповторете получените резултати. Констатациите на Фермилаб се основават на първия цикъл на експеримента, завършил в средата на 2018 г. В момента екипът анализира данни от две допълнителни стартирания. Ако тези данни са подобни на данните, получени по време на първото стартиране, може да е достатъчно аномалията да стане пълномащабно откритие до края на 2023 г.

Искате ли винаги да сте в течение на последните новини от света на популярната наука и високите технологии? Абонирайте се за нашия новинарски канал в Telegram, за да не пропуснете нищо интересно!

Физиците също започнаха да проверяват подробнопрогнози на Стандартния модел, особено на места от него, за които е известно, че са трудни за изчисляване. Новите суперкомпютри също трябва да помогнат в това трудно начинание, но все пак ще са необходими години, за да се пресеят тези фини разлики и да се види как те влияят на лов за нова физика.

Теоретичният физик Мичио Каку сподели своите мисли за последните открития в своя Twitter.

Също така, трябва да се отбележи реакцията до последнияоткрития на известни теоретични физици в Twitter. Мичио Каку, например, вярва, че получените резултати също могат да служат като потвърждение на теорията на струните. Как теорията на струните се превърна в една от най-големите надежди на теоретичната физика и след това изпадна в дългосрочен упадък, говорихме в тази статия. Препоръчвам да прочетете.