Nye partikelacceleratorer vil undersøge, hvordan ladede partikler antager en ny identitet, eller ændre smag

Partikelacceleratorer er kraftfulde enheder, der bruger elektromagnetiske felter til at drive ladede partikler som elektroner eller protoner ved hastigheder tæt på lysets hastighed, derefter smadre dem frontalt. Hvad der sker med et øjeblik i løbet af disse højhastighedskollisioner, kan fortælle os om nogle af naturens grundlæggende hemmeligheder.

I et nyt papir i tidsskriftet 1. juni Fysisk gennemgangsbreve , Bhupal Dev, adjunkt i fysik i kunst og videnskab ved Washington University i St. Louis, beskriver, hvordan fremtidige acceleratorer kan styrte sammen ladede partikler sammen på en ny måde for at belyse deres adfærd.

Teoretikere som Dev arbejder på at skitsere de store ideer, der vil præge den eksperimentelle tilgang til næste generations kolliderer, såsom den internationale lineære kollider, skal bygges i Japan, eller Circular Electron-Positron Collider, foreslået i Kina.

Dev, der skrev papiret med postdoktor Yongchao Zhang fra Washington University og Rabi Mohapatra fra University of Maryland, leder efter et klart signal om noget ud over standardmodellen for partikelfysik.

"Der er stærke eksperimentelle beviser for, at der virkelig lurer en ny fysik i leptonsektoren, "Sagde Dev.

Han og hans samarbejdspartnere mener, at en ny kollider blev bygget til at kollidere sammen punktlignende, ladede partikler kaldet leptoner, som ikke har nogen intern struktur, er det bedste bud på at finde denne nye fysik.

Denne fremgangsmåde adskiller sig fra den, der blev brugt ved nutidens mest berømte partikelaccelerator - Large Hadron Collider (LHC). Bygget af European Organization for Nuclear Research, eller CERN, forskere brugte LHC til at opdage Higgs boson, partiklen, der angiveligt giver masse til alle elementarpartikler.

Men der er dybtgående spørgsmål, som LHC ikke er ideelt egnet til at besvare.

Devs nye arbejde med leptonkolliderer blev oprindeligt motiveret af fænomenet neutrino -svingninger. Neutrinoer er de ladede leptons elektrisk neutrale modstykke, og de er blevet observeret at skifte fra en art til en anden på en kvantemekanisk måde. Dette tyder på en lille, men ikke nul, masse for neutrinoer.

"Lige siden vi direkte observerede neutrino -svingninger, forskere har forsøgt at se den tilsvarende effekt hos de ladede søskende til neutrinoer, såsom muoner, der omdannes til elektroner, "Sagde Dev.

Dette ville give en bedre forståelse af neutrino -massegenerationen, hvilket er svært at forklare ved den samme Higgs -mekanisme som for andre elementære partikler.

Men indtil videre, søgninger efter sådanne sjældne processer har været begrænset til energier, der er meget lavere end dem, der forventes på den nye fysiske skala.

I deres nye papir, Dev og kolleger foreslår, hvordan man kan søge efter beviset for leptons "smagskrænkelse" - tidspunktet for transformation af ladede partikler til andre typer ladede partikler - ved højenergigrænsen, ved hjælp af de nye kolliderer. I standardmodellen, disse virkninger vides at være ubetydelige. Derfor, ethvert positivt signal ville være et tegn på ny fysik.

I særdeleshed, de foreslår en mulighed, der opstår på grund af tilstedeværelsen af ​​en ny type Higgs -boson, der kan være ansvarlig for de små neutrino -masser.