Historyczne osiągnięcie w odkryciu podstawowych sił wszechświata w Wielkim Zderzaczu Hadronów

Opierając się na swoim szerokim zaangażowaniu w CERN, zespołowi z Uniwersytetu w Rochester udało się ostatnio uzyskać „niezwykle precyzyjne” pomiary kąta mieszania elektrosłabego, kluczowego elementu Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych. Prawa autorskie: Samuel Joseph Herzog; Juliana Mariusza Urdana

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

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

Odkryj kosmiczne tajemnice

Próbując rozszyfrować tajemnice wszechświata, badacze z Uniwersytetu w Rochester od dziesięcioleci angażują się w międzynarodową współpracę w ramach Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych, 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.

„Niedawne pomiary kąta zmieszania siły elektrosłabej są niezwykle dokładne, ponieważ obliczono je na podstawie zderzeń protonów w CERN, i pogłębiają wiedzę o fizyce cząstek elementarnych” – mówi Budick.

the Współpraca w systemie zarządzania treścią Współpraca CMS zrzesza członków społeczności fizyków cząstek elementarnych z całego świata, aby lepiej zrozumieć podstawowe prawa wszechświata. Oprócz Bodka, w skład grupy Rochester uczestniczącej w projekcie CMS Collaboration 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 Compact Muon Solenoid (CMS), w tym odegrali kluczową rolę w odkryciu bozonu Higgsa w 2012 roku. Prawa autorskie: 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… Odkrycie bozonu Higgsa w 2012 r– 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 LHC jest badanie podstawowych elementów składowych materii i sił, które nimi rządzą. Osiąga się to poprzez przyspieszanie wiązek protonów lub jonów do prędkości bliskiej prędkości światła i zderzanie się ze sobą 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, fizycy w latach 60. XX wieku 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 napędzanie produkcji energii w Słońcu. 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.

Rozwój oddziaływań elektrosłabych

Zespół CMS dokonał niedawno jednego z najdokładniejszych pomiarów tej teorii, analizując miliardy zderzeń protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów 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 zgodne z przewidywaniami Modelu Standardowego fizyki cząstek elementarnych. Absolwentka Rochester Rice Taus i doktorantka Aliko Khokhonishvili wdrożyły nowe techniki, aby zmniejszyć niepewność metodologiczną związaną z tym pomiarem, zwiększając 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”.

Współpraca CMS to międzynarodowa współpraca naukowa odpowiedzialna za eksperyment Compact Muon Solenoid (CMS) w Wielkim Zderzaczu Hadronów Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). Współpraca skupia ponad 4000 naukowców z ponad 200 instytucji i 50 krajów, którzy prowadzą badania z zakresu fizyki wysokich energii, badania cząstek i oddziaływań podstawowych, w tym słynne odkrycie bozonu Higgsa w 2012 roku.