Történelmi teljesítmény a világegyetem alapvető erőinek feltárásában a Nagy Hadronütköztetőben

A Rochesteri Egyetem kutatói a CMS-együttműködéssel együtt dolgoznak CERNjelentős előrelépést értek el az elektrogyenge keverési szög mérésében, elősegítve a részecskefizika szabványos modelljének megértését.

Munkájuk segít megmagyarázni az univerzum alapvető erőit, amelyeket olyan kísérletek támogatnak, mint például a Nagy Hadronütköztetőnél végzett kísérletek, amelyek az Ősrobbanás utáni állapotokhoz hasonló körülményeket vizsgálnak. a nagy robbanás.

Fedezze fel a kozmikus titkokat

Az univerzum titkainak feltárása érdekében a Rochesteri Egyetem kutatói évtizedek óta vesznek részt nemzetközi együttműködésekben az Európai Nukleáris Kutatási Szervezetnél, közismertebb nevén a CERN-nél.

A CERN-ben, különösen a CMS (Compact Solenoid) együttműködésen belüli kiterjedt szerepvállalásukra építve a rochesteri csapat Ari Budek, a George E. fizika professzora vezetésével. Buck – a közelmúltban úttörő eredmény. Eredményük középpontjában az elektrogyenge keverési szög mérése áll, amely a részecskefizika standard modelljének döntő összetevője. Ez a modell leírja a részecskék kölcsönhatását, és pontosan megjósolja a fizika és a csillagászat számos jelenségét.

„Az elektrogyenge keverési szög legújabb mérései hihetetlenül pontosak, a CERN-ben történt protonütközések alapján számítják ki, és elősegítik a részecskefizika megértését” – mondja Budick.

a Együttműködés tartalomkezelő rendszerben Összehozza a részecskefizikai közösség tagjait a világ minden tájáról, hogy jobban megértsék az univerzum alapvető törvényeit. Budick mellett a CMS-együttműködésben részt vevő Rochester csoportban Regina DeMina fizikaprofesszor és Aran Garcia Bellido, a fizika docense, valamint posztdoktori kutatók, valamint végzős és egyetemi hallgatók vesznek részt.

A Rochesteri Egyetem kutatói hosszú múltra tekintenek vissza a CERN-ben a Compact Muon Solenoid (CMS) együttműködés részeként, többek között kulcsszerepet játszottak a Higgs-bozon 2012-es felfedezésében. Köszönetnyilvánítás: Samuel Joseph Herzog. Julian Marius Urdan

A felfedezés és az innováció öröksége a CERN-ben

A svájci Genfben található CERN a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma, amely úttörő felfedezéseiről és élvonalbeli kísérleteiről híres.

A rochesteri kutatók hosszú múltra tekintenek vissza a CERN-ben a CMS-együttműködés részeként, beleértve a kulcsszerepeket 2012 A Higgs-bozon felfedezése– Egy elemi részecske, amely segít megmagyarázni a tömeg eredetét az univerzumban.

Az együttműködés munkája magában foglalja a CERN nagy hadronütköztetőjébe, a világ legnagyobb és legerősebb részecskegyorsítójába beépített müon mágneses detektorból gyűjtött adatok összegyűjtését és elemzését. Az LHC egy 17 mérföld hosszú szupravezető mágnesekből és gyorsítószerkezetekből álló gyűrűből áll, amely a föld alatt épült, és Svájc és Franciaország határa mentén húzódik.

Az LHC elsődleges célja az anyag alapvető építőkövei és az azokat irányító erők feltárása. Ezt úgy érik el, hogy a proton- vagy ionnyalábokat a fénysebesség közelébe gyorsítják, és rendkívül nagy energiáknál ütköznek egymással. Ezek az ütközések az ősrobbanás után ezredmásodpercekkel hasonló körülményeket teremtenek, lehetővé téve a tudósok számára, hogy tanulmányozzák a részecskék viselkedését extrém körülmények között.

Az egységes erők lebontása

A 19. században a tudósok felfedezték, hogy az elektromosság és a mágnesesség különböző erői összefüggenek: a változó elektromos tér mágneses teret hoz létre és fordítva. Ez a felfedezés képezte az elektromágnesesség alapját, amely a fényt hullámként írja le, és megmagyarázza az optika számos jelenségét, valamint leírja az elektromos és a mágneses mezők kölcsönhatását.

Erre a felfogásra építve a fizikusok az 1960-as években felfedezték, hogy az elektromágnesesség egy másik erővel – a gyenge erővel – áll kapcsolatban. A gyenge erő az atommagban működik, és olyan folyamatokért felelős, mint a radioaktív bomlás és a Nap energiatermelésének előmozdítása. Ez a felfedezés vezetett az elektrogyenge elmélet kifejlesztéséhez, amely azt állítja, hogy az elektromágnesesség és a gyenge erő valójában egy egyesített erő alacsony energiájú megnyilvánulásai, az úgynevezett egységes elektrogyenge kölcsönhatás. A kulcsfontosságú felfedezések, mint például a Higgs-bozon, megerősítették ezt az elképzelést.

Előrehalad a gyenge elektrosztatikus kölcsönhatás

A CMS Collaboration nemrégiben elvégezte ennek az elméletnek az egyik legpontosabb mérését, több milliárd protonütközést elemezve a CERN nagy hadronütköztetőjében (LHC). Fókuszban a gyenge keverési szög mérése volt, ez a paraméter azt írja le, hogy az elektromágnesesség és a gyenge erő hogyan keveredik egymással részecskéket képezve.

Az elektrogyenge keverési szög korábbi mérései vitákat váltottak ki a tudományos közösségen belül. A legújabb eredmények azonban szorosan összhangban vannak a részecskefizikai szabványmodell előrejelzéseivel. Rice Taus rochesteri végzős hallgató és Aliko Khokhonishvili posztdoktori ösztöndíjas új technikákat vezetett be a mérésben rejlő módszertani bizonytalanság csökkentésére, javítva a mérés pontosságát.

A gyenge keverési szög megértése rávilágít arra, hogy az univerzum különböző erői a legkisebb léptékben hogyan működnek együtt, elmélyítve az anyag és az energia alapvető természetének megértését.

„A Rochester csapata 2010 óta fejleszti az innovatív technikákat és méri ezeket az elektrogyenge paramétereket, majd a Large Hadron Colliderben alkalmazza őket” – mondja Budick.