האם העולם באמת נמצא על סף גילוי "פיזיקה חדשה"?

לפני 15 שנה, פיזיקאים מברוקהאבןהמעבדה הלאומית גילתה משהו מדהים. מונונים, סוג של חלקיק תת-אטומי, נעו בדרכים בלתי צפויות שלא תאמו את התחזיות התיאורטיות. מאז ניסו פיזיקאים להבין מדוע. לאחרונה קבוצת חוקרים מ- Fermilab לקחה את הצד הניסיוני בנושא ופרסמה תוצאות ב- 7 באפריל 2021, המאשרות את המדידה המקורית. עם זאת, מספר חוקרים נוקטים גישה שונה, מאמינים כי אין "פיזיקה חדשה" באופק. אז צוות מדענים במסגרת שיתוף הפעולה של בודפשט-מרסיי-וופרטל ניסה לברר אם התחזית התיאורטית הישנה שגויה. נעשה שימוש בשיטה חדשה לחישוב האינטראקציה של מיואונים עם שדות מגנטיים. אם החישובים של החוקרים נכונים, אז אין פער בין תיאוריה לניסוי, כמו שאין כוח טבע שהתגלה.

הפיזיקה עוברת תקופות מעניינות - מחקרים מסוימים מראים כי ייתכן שיש כוח טבע שאינו ידוע למדע, בעוד שאחרים מצביעים על כך שהמודל הסטנדרטי עדיין אינו מעורער.

מון והדגם הסטנדרטי

למרות שלא ברור מאליו, המואונים כבדים יותר.והאחיות הבלתי יציבות של האלקטרון - מקיפות אותנו מכל עבר. חלקיקים תת אטומיים אלה נוצרים, למשל, כאשר קרניים קוסמיות מתנגשות עם חלקיקים באטמוספירה של הפלנטה שלנו. מעניין שמיואונים יכולים לעבור דרך חומר, ומדענים משתמשים בהם כדי לחקור מבנים פנימיים בלתי נגישים - מהרי געש ענקיים לפירמידות מצריות.

למונונים, כמו אלקטרונים, יש מטען חשמלי ויוצרים שדות מגנטיים זעירים. נקרא כוחו וכיוונו של שדה מגנטי זה רגע מגנטי.

כמעט כל דבר ביקום, ממבנה האטומים ועדניתן לתאר את עבודת המחשבים ואת תנועת הגלקסיות באמצעות ארבע אינטראקציות: כוח הכבידה; אלקטרומגנטיות; אינטראקציה חלשה האחראית על ריקבון רדיואקטיבי; אינטראקציה חזקה, האחראית על הכליאה של פרוטונים ונויטרונים בגרעין האטום. מדענים מכנים מבנה זה דגם סטנדרטי פיזיקת החלקיקים.

מעניין שכל אינטראקציות של התקןהדגמים תורמים לרגע המגנטי של המואון, אך כל אחד מהם עושה זאת בכמה דרכים שונות, אשר הוכח כי קשה מאוד לקבוע.

המואונים שהתגלו בקרניים קוסמיות החרידו את הקהילה המדעית ואפילו את הציבור הרחב.

"ניתן להסביר את רוב התופעות בטבעבאמצעות המודל הסטנדרטי, אומר זולטן פודור, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת פנסילבניה ומנהל צוות המחקר. "אנו יכולים לחזות את מאפייני החלקיקים באופן מדויק ביותר על סמך תיאוריה זו בלבד, ולכן כאשר התיאוריה והניסוי אינם תואמים, אנו רואים את הסבירות שגילינו משהו חדש, משהו מחוץ למודל הסטנדרטי."

האם אתה רוצה להתעדכן בחדשות האחרונות מעולם המדע והטכנולוגיה הגבוהה? הירשמו לערוץ החדשות שלנו בטלגרם כדי לא לפספס שום דבר מעניין!

תעלומה מגנטית

בעבר, כדי לחשב את הרגע המגנטי של מיוןפיזיקאים השתמשו בגישה מעורבת - הם אספו נתונים על התנגשויות בין אלקטרונים ופוזיטרונים - ההפך מאלקטרונים - והשתמשו בהם כדי לחשב את תרומת הכוח החזק לרגע המגנטי של המיון. גישה זו שימשה לחידוד האומדן עוד עשרות שנים. התוצאות האחרונות הן לשנת 2020 והן מדויקות מאוד.

במחקר שפורסם ב -6 באפריל בכתב העתהטבע, פיזיקאים נקטו גישה חדשה הנותנת אומדן לחוזק השדה המגנטי של המואון ותואמת מקרוב את ערכו הניסויי. ראוי לציין כי המדענים השתמשו בתיאוריה שנבדקה במלואה והייתה בלתי תלויה לחלוטין בהסתמכות על מדידות ניסיוניות.

"התחלנו במשוואות די פשוטות ובנו את כל ההערכה מאפס ", כותבים החוקרים. החישוב החדש דרש מאות מיליוני שעות מעבד בכמה מרכזי מחשבי-על באירופה ו הביאה תיאוריה בהתאם למדידות.

ראה גם: פיסיקאים חשבו מחדש על מבנה היקום. האם כבר אין צורך באנרגיה אפלה?

הפיזיקאים השתמשו במקור אינטנסיבי יותר של מיונים, שהעניק להם תוצאה מדויקת יותר שתואמת את הממד הישן כמעט באופן מושלם.

הנתונים שנאספו מצמצמים באופן משמעותי את הפערבין תיאוריה למדידות ניסיוניות, ואם זה נכון, מאשרים את הראשוניות של המודל הסטנדרטי, ששולט בפיזיקת החלקיקים במשך עשרות שנים. אך הסיפור לא נגמר שם, מכיוון שקבוצות מחקר אחרות צריכות לבדוק את התוצאות כעת. אבל מה השורה התחתונה?

ניסויים חדשים

חשוב להבין כי לגילוי הפיזיקה החדשה,מעבר למודל הסטנדרטי, קיימת הסכמה מדעית כי הפער בין התיאוריה למדידה צריך להיות גדול כמו חמש סיגמא, מדד סטטיסטי שמשווה לסבירות של כ -1 ל -3.5 מיליון.

זה מעניין: מדענים מ- CERN נמצאים על סף גילוי "פיזיקה חדשה"

במקרה של מיון, מדידות של השדה המגנטי שלוחרג מהתחזיות התיאורטיות הקיימות בכ -3.7 סיגמא. זה בהחלט מסקרן, אבל לא מספיק כדי להכריז על קריסת המודל הסטנדרטי. אז בעתיד, החוקרים מתכוונים לשפר גם את המדידות וגם את התיאוריה, בתקווה ליישב בין תיאוריה ומדידה, או להגדיל את הסיגמה לרמה שתאפשר את ההכרזה על גילוי הפיזיקה החדשה.