Pourquoi le boson W peut bouleverser nos connaissances sur l'univers ?

Que savons-nous de l'univers dans lequel nous vivons ?Afin de comprendre au moins un peu la structure du monde qui nous entoure, de puissants outils scientifiques ont été développés. Des télescopes tels que Hubble et James Webb, qui seront pleinement opérationnels en juin 2022, nous ont littéralement ouvert les yeux. Mais il est aussi possible d'étudier l'Univers sur Terre, par exemple, à l'aide d'accélérateurs de particules. En effet, selon les théories physiques, tout ce qui nous entoure (comme nous-mêmes) est constitué de particules invisibles à l'œil qui fonctionnent selon leurs propres lois. La théorie de la relativité générale d'Einstein décrit avec brio notre réalité quotidienne, mais lorsqu'il s'agit de particules élémentaires, la relativité générale ne fonctionne pas, et le fameux modèle standard des particules élémentaires est de plus en plus qualifié d'incomplet. Ainsi, selon les résultats d'une nouvelle étude, la particule de boson W semble être 0,1 % plus lourde que les autres. Et si cela est vrai, nous sommes dans une révision de la théorie scientifique la plus réussie de tous les temps.

Le noyau d'un atome est composé de protons et de neutrons. Le nombre de ces derniers peut être différent : de zéro à plusieurs dizaines.

Le contenu

• 1 Nous sommes de la poussière d'étoiles
• 2 accélérateurs de particules
• 3 Qu'est-ce que la réalité ?
• 4 bosons mystérieux

Nous sommes poussière d'étoile

Il y a donc deux théories qui expliquentla structure de l'Univers - relativité générale et mécanique quantique. Dans le même temps, la relativité générale se confirme de plus en plus en dehors de notre planète. Ainsi, les scientifiques ont réussi à capter les ondes gravitationnelles et à observer les habitants les plus mystérieux de l'espace - les trous noirs.

Comme Einstein l'avait prédit, la force de gravité dévie la lumière autour de ces objets massifs et leur collision génère des ondes gravitationnelles.

Mais quand il s'agit de mécanique quantique, toutdevient bizarre. Par exemple, l'Univers s'étend avec accélération, ce qui contredit les lois connues de la physique, et les scientifiques ne peuvent pas encore expliquer pourquoi. Et tandis que les astronomes observent les étoiles, leurs collègues écrasent la matière en atomes.

De quoi est fait un atome

Les atomes sont les plus petites particules dontest tout autour. Comme l'a dit un jour l'astrophysicien Lawrence Krauss : « Les atomes de votre main gauche proviennent d'une étoile qui explose, et les atomes de votre main droite proviennent d'une autre. Les vieilles étoiles meurent, jetant dans l'espace de nombreux éléments nécessaires à l'émergence de la vie. Nous sommes donc, en un sens, vraiment de la poussière d'étoiles.

Plus sur le sujet : Que nous dit la physique quantique sur la nature de la réalité ?

Et pourtant, nous ne savons pas comment les éléments constitutifs de l'univers interagissent les uns avec les autres pour créer la réalité. Cela soulève de nouvelles questions, auxquelles les réponses peuvent être apportées par les accélérateurs de particules.

Accélérateurs de particules

Pour comprendre comment les blocs de construction fondamentauxles blocs de l'univers sont combinés les uns aux autres, les scientifiques créent de nouveaux modèles informatiques. Selon des mesures prises avec le collisionneur de particules du Fermi National Accelerator Laboratory aux États-Unis, les physiciens ont découvert quelque chose. Les résultats sont publiés dans la revue scientifique Science.

Accélérateurs de particules – une classe de dispositifs pour produire des particules chargéeshautes énergies. Le principe de leur fonctionnement est assez simple - les particules chargées sont accélérées sous l'influence d'un champ électrique. Les premiers accélérateurs sont apparus dans les années 1930. Cet accélérateur était le plus puissant du monde jusqu'en 2009, date à laquelle il a été remplacé par le Large Hadron Collider (LHC).

Malgré le fait que l'accélérateur Fermi a brisé ses derniers protons il y a dix ans, les physiciens ont observé la découverte expérimentale du processus de production simultanée de trois bosons W. Et après une longue analyse, ils ont finalement réussi à mesurer avec précision la masse de ces mystérieuses particules.

Les scientifiques ont déclaré avoir déterminé la masse du boson W avec une précision de 0,01 %, soit le double de la précision des tentatives précédentes.

La nouvelle découverte, selon ses auteurs, pourraitchanger à jamais la physique, car les résultats obtenus sont très différents des prédictions basées sur le modèle standard développé dans les années 1970. Tout y est beau, à l'exception de la matière noire et de la gravité - ce qu'ils sont au niveau subatomique reste un mystère.

Vous souhaitez être toujours au courant des dernières découvertes dans le domaine de la mécanique quantique ? Abonnez-vous à notre chaîne dans Telegram pour ne rien manquer d'intéressant !

Qu'est-ce que la réalité ?

Comme vous le savez, toutes les particules élémentaires ontMasse. Il peut être calculé en interagissant avec d'autres particules du modèle standard. De plus, cette masse prédite doit être comparée aux mesures réelles effectuées au collisionneur. Environ 400 employés du Laboratoire Fermi (Fermilab) sont engagés dans ce travail.

W-bosons sont des particules élémentaires qui affectentprocessus nucléaires, comme ceux qui se produisent sur le Soleil. Le modèle standard dit que leur masse est liée à la masse du boson de Higgs et de la particule subatomique, le quark top.

Poursuivre l'analyse des bosons W produitsLe collisionneur Tevatron, les physiciens traquent de nombreuses erreurs pour atteindre un niveau de précision sans précédent dans leurs mesures. Si l'excès de poids des bosons W peut être confirmé, la découverte signifiera l'existence de particules ou de forces inconnues de la science. De plus, cela pourrait conduire à la première réécriture majeure des lois de la physique quantique en 50 ans.

L'étude de ces processus rares permettra de tester les prédictions du modèle standard.

Les données obtenues peuvent complètement changer notrevision du monde. La signification du boson de Higgs ne semblera pas si importante. Le fait est que le Higgs s'intègre bien dans le modèle standard, contrairement aux bosons W, notent les auteurs de l'étude.

Mais malgré les résultats et les discussionsà propos de la Nouvelle Physique, il est trop tôt pour remplir les coupes de champagne. Alors que la nouvelle mesure de la masse du boson W lui-même est radicalement différente des prédictions du modèle standard, d'autres expériences ne sont pas aussi impressionnantes.

Voir aussi: L'oscillation d'une minuscule particule viole les lois connues de la physique

Bosons mystérieux

Les bosons W et les bosons Z assurent la médiation des faiblesl'interaction est l'une des quatre forces fondamentales de l'univers. Contrairement à la gravité, à l'électromagnétisme et à la force forte, la force faible ne pousse pas ou ne tire pas tant qu'elle transforme les particules plus lourdes en particules plus légères.

Par exemple, un muon se désintègre spontanément en un boson W et un neutrino, et le boson W devient alors un électron et un autre neutrino. Le changement de forme subatomique associé provoque la radioactivité.

L'étude du boson W se poursuit aujourd'hui, car une particule élémentaire peut participer à des processus rares dans lesquels les scientifiques espèrent trouver des traces de Nouvelle Physique, estiment les chercheurs.

Au cours des 40 dernières années dans diverses expériencesles masses des bosons W et Z ont été mesurées. La différence est que la masse du boson W peut être prédite en combinant plusieurs autres propriétés quantiques mesurables dans les équations du modèle standard.

L'expérience ATLAS continuera de fonctionner pour enfin révéler les plus grands secrets de l'univers

Ainsi, lors de la désintégration, un muon émet brièvementLe boson W et cette particule intermédiaire peuvent interagir avec d'autres particules, y compris celles qui nous sont inconnues. Les auteurs de l'étude pensent que c'est cette interaction avec l'inconnu qui peut déformer la masse du boson W.

Vous serez intéressé: Qu'est-ce que le boson de Higgs et pourquoi les scientifiques ont voulu le découvrir

L'écart entre la masse du boson W obtenu par les scientifiquesenviron sept fois plus que prévu. L'année dernière, des physiciens de la collaboration ATLAS ont affiné les taux de production de muons et de taons dans les désintégrations de bosons W au détecteur du même nom du Large Hadron Collider (le LHC a déjà produit plus de bosons W que son prédécesseur).

Et tandis que le taux de collision plus élevé dans le LHCcomplique l'analyse de la masse du boson W, la collecte de données supplémentaires est essentielle. Surtout au vu d'autres découvertes qui indiquent également une éventuelle révision du modèle standard. En savoir plus sur ces études fascinantes, nous l'avons dit ici, nous vous recommandons de lire. Une nouvelle physique se profile à l'horizon.