В 2022 году произошло громкое открытие, всколыхнувшее весь научный мир. Многолетние исследования на коллайдере Тэватрон, что в США, чуть не привели к перевороту в физике. Только представьте, что наш мир находится в равновесии, то есть все составляющие настолько совершенно соотносятся друг с другом, что конструкция не рушится. Но вдруг один из составных элементов оказывается иной конструкции, и все с треком обрушивается. Точно так W-бозон пошатнул классическую физику элементарных частиц.
Калибровочный бозон
Все во Вселенной создается и проявляется движением и взаимодействием элементарных частиц. То, насколько разнообразно их поведение, зависит от их характеристик: массы, заряда, энергии и т.д. Таким образом, глубоко понять фундаментальное устройство мира можно только после понимания того, что происходит на квантовом уровне.
В пазле же современной картины квантового мира, который назвали Стандартной моделью физики элементарных частиц, до сих пор не хватает некоторых элементов. А тут еще физики коллаборации CDF обнаружили, что масса W-бозона (фундаментальная частица со слабой ядерной силой, так называемый калибровочный бозон) выше, чем предсказано этой моделью.
Авторами исследования было подсчитано, что он тяжелее электрона примерно в 157 тысяч раз. И тут сама Стандартная модель сотряслась от такой неразрешимой несогласованности. Это очень значительное расхождение между теоретическими и экспериментальными данными – 0,09%. В то время как стандартная погрешность равна 0,01%.
Стоит отметить, что параметры четырех миллионов столкновений частиц измеряли на протяжении десятилетия. Их точность в два раза превышает более ранние измерения, а достоверность полученных результатов признана довольно высокой. Само исследование опубликовали в одном из самых авторитетных научных журналов в мире, поэтому эффект получился почти шоковый. Но даже при всем при этом полностью исключить ошибку было невозможно.
Интерпретация расхождения
«Если полученные данные подтвердятся в других экспериментах, это будет первое серьезное расхождение со Стандартной моделью физики, которая описывает все частицы и все фундаментальные взаимодействия, кроме гравитации», – отметил физик Флоренсия Канелли.
В то же время другой физик, Маттиас Шотт, рассматривает этот момент под другим углом. Он считает, что полученные расхождения нужно интерпретировать аккуратнее, поскольку «генерация измерения массы W-бозона на основе экспериментальных данных – это очень сложный процесс».
О существовании W-бозона физики узнали еще в 1983 году, тогда он весил 85 протонов (+/- 5%). Он участвует в большинстве ядерных реакций, в том числе в термоядерном синтезе. В коллайдерах частицу фиксируют во время распада на мюоны и нейтрино, либо на подвид электронов. При распаде большая часть массы частицы переходит в энергию новых частиц. Вот ее физики и пытались измерить долгие годы. Только действия нейтрино отследить они не могут. Поэтому какая часть энергии мюона иди электрона связана с импульсом, а какая с массой, сказать невозможно.
❗Участившиеся случаи ограничения каналов вынудили нас заняться поиском альтернативных площадок. Канал про Космос мы уже перенесли в приложение SFERA. А скоро в SFERA появится и сервис для статей. Скачать мобильное приложение SFERA:
Судя по имевшимся расчетам, физики ожидали, что W-бозон будет весить 80 357 мегаэлектронвольт (+/- 6 МэВ). Значение CDF показало 80 433 МэВ плюс-минус 9 МэВ.
«Я считаю это намеком на то, что мы еще не полностью понимаем слабую ядерную силу или все частицы, которые испытывают эту силу», отмечал профессор Ашутош Котвал.
Предварительная репутация
Позже те же физики коллаборации CDF решили повторно проанализировать полученные значения, только другим методом. При анализе данных эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе был использован статистический подход, основанный на улучшенном понимании процессов распада. Новый результат оказался на 16% ближе к Стандартной модели. Оказавшийся более низким уровень неопределенности поставил под сомнение предыдущие результаты.
В этот раз физики сосредоточились на тех процессах при столкновении частиц, когда W-бозон распадается на легкие частицы. Выводы подтвердили данные наблюдений, собранные за 2017 год. Теперь получалось, что W-бозон весит 80,360 гигаэлектронвольт.
Тем не менее, исследователи подчеркивают, что на данном этапе работ все эти выводы корректно назвать лишь предварительными. Их работа продолжается. Теперь необходимо провести расчеты на основе свежих данных. Если вдруг Стандартная модель действительно неверно определяет массу W-бозона, это будет означать, что есть во Вселенной силы и частицы, которые физики еще не открыли. Хотя конкретно сейчас кажется, что эта фундаментальная гипотеза в очередной раз восстановила свою репутацию.
Чтобы не потерять нас, подпишитесь на telegram-канал, который мы ведём для проекта SFERA. Срочные новости будут в закреплённых сообщениях.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также:
