At bryde symmetrien mellem fundamentale kræfter

En brøkdel af et sekund efter Big Bang, en enkelt samlet styrke kan være gået i stykker. Forskere fra CDF og DZero Collaborations brugte data fra Fermilab Tevatron Collider til at genskabe de tidlige universforhold. De målte den svage blandingsvinkel, der styrer brud på den forenede kraft. Måling af denne vinkel, en nøgleparameter for standardmodellen, forbedrer vores forståelse af universet. Detaljerne ved denne symmetribrud påvirker stjernernes natur, atomer, og kvarker. Den nye måling af den svage blandingsvinkel hjælper med at cementere vores forståelse af fortiden, karakteren af ​​det, vi observerer i dag, og hvad vi mener er i vente for vores fremtid.

Tidligere bestemmelser af den svage blandingsvinkel fra hele verden var uenige. Dette gav mulighed for, at der måske er nye fundamentale partikler, der skal opdages. Eller måske var der en misforståelse i, hvordan vi tænker om de grundlæggende kræfter. Dette nye kombinerede resultat hjælper med at løse uoverensstemmelsen og forstærker vores standardteori om de grundlæggende kræfter.

På nuværende tidspunkt, videnskabsfolk mener, at ved de højeste energier og de tidligste øjeblikke i tiden, alle de grundlæggende kræfter kan have eksisteret som en samlet kraft. Da universet kun afkølet et mikrosekund efter Big Bang, den gennemgik en "faseovergang", der transformerede eller "brød" de forenede elektromagnetiske og svage kræfter til de forskellige kræfter, der observeres i dag.

Faseovergangen ligner omdannelsen af ​​vand til is. I dette velkendte tilfælde, vi kalder overgangen en ændring i en tilstand. I det tidlige univers tilfælde, vi kalder overgangen for "elektrisk svag symmetri bryder."

På samme måde som vi karakteriserer vand-til-is-faseovergangen som forekommende, når temperaturen falder til under 32 grader, vi karakteriserer mængden af ​​elektrosvag symmetribrud med en parameter kaldet den svage blandingsvinkel, hvis værdi er blevet målt ved flere forsøg gennem årene.

Ved at genskabe de tidlige universforhold i acceleratoreksperimenter, vi har observeret denne overgang og kan måle den svage blandingsvinkel, der styrer den. Vores bedste forståelse af den elektrosvage symmetribrud involverer Higgs-mekanismen, og den nobelprisvindende Higgs boson-opdagelse i 2012 var en milepæl i vores forståelse.

I to årtier har de mest præcise målinger af den svage blandingsvinkel kom fra forsøg, der kolliderede elektroner og positroner på det europæiske laboratorium CERN og SLAC National Accelerator Laboratory i Californien, der hver især gav forskellige svar. Deres resultater har været forvirrende, fordi sandsynligheden for, at de to målinger er enige, var mindre end en del i tusind, hvilket tyder på muligheden for nye fænomener - fysik ud over standardmodellen. Der var brug for flere input.

Selvom miljøet i Fermilabs proton-antiproton Tevatron Collider var meget hårdere end enten CERN's eller SLAC's collider, med mange flere baggrundspartikler, de store og velforståede datasæt fra Tevatrons CDF- og DZero-eksperimenter tillod en ny kombineret måling, der giver næsten samme præcision som den fra elektron-positron-kollisioner. Det nye resultat ligger omtrent midt mellem CERN- og SLAC-målingerne og er således i god overensstemmelse med dem begge, samt med gennemsnittet af alle tidligere direkte og indirekte målinger af svag blandingsvinkel. Dermed, Occams barbermaskine antyder, at de nye partikler og kræfter endnu ikke er nødvendige for at forklare vores observationer, og at vores nuværende partikelfysik og kosmologiske modeller fortsat er gode beskrivelser af det observerede univers.