Spændende resultater af 2 eksperimenter trodser fysikens regelbog

Foreløbige resultater fra to eksperimenter tyder på, at der kan være noget galt med den grundlæggende måde, hvorpå fysikere tror, ​​at universet fungerer, en udsigt, der har området partikelfysik både forvirret og begejstret.

Små partikler kaldet muoner gør ikke helt, hvad der forventes af dem i to forskellige langvarige eksperimenter i USA og Europa. De forvirrende resultater - hvis det er bevist rigtigt - afslører store problemer med regelbogen, som fysikere bruger til at beskrive og forstå, hvordan universet fungerer på det subatomiske niveau.

"Vi tror, ​​at vi måske svømmer i et hav af baggrundspartikler hele tiden, som bare ikke er blevet direkte opdaget, "Fermilab-eksperimentets co-chefforsker Chris Polly sagde på et pressemøde." Der kan være monstre, vi endnu ikke har forestillet os, der kommer ud af vakuumet, der interagerer med vores muoner, og det giver os et vindue til at se dem. "

Regelbogen, kaldet standardmodellen, blev udviklet for omkring 50 år siden. Eksperimenter udført i årtier bekræftede igen og igen, at beskrivelserne af partiklerne og de kræfter, der udgør og styrer universet, stort set var på mærket. Indtil nu.

"Nye partikler, ny fysik kan være lige uden for vores forskning, "sagde Wayne State Universitys partikelfysiker Alexey Petrov." Det er pirrende. "

United States Energy Department's Fermilab annoncerede onsdag resultater af 8,2 milliarder løb langs en bane uden for Chicago, der mens ho-hum til de fleste mennesker har fysikere astir:Muonernes magnetfelter ser ikke ud til at være, hvad standardmodellen siger, at de skal være. Dette følger efter nye resultater, der blev offentliggjort i sidste måned fra European Center for Nuclear Research's Large Hadron Collider, der fandt en overraskende andel af partikler i kølvandet på højhastighedskollisioner.

Hvis bekræftet, de amerikanske resultater ville være det største fund i den bizarre verden af ​​subatomære partikler i næsten 10 år, siden opdagelsen af ​​Higgs boson, ofte kaldet "Gudpartikel, "sagde Aida El-Khadra fra University of Illinois, der arbejder med teoretisk fysik til Fermilab -eksperimentet.

Pointen med eksperimenterne, forklarer Johns Hopkins University teoretiske fysiker David Kaplan, er at trække partikler fra hinanden og finde ud af, om der er "noget sjovt i gang" med både partiklerne og det tilsyneladende tomme rum mellem dem.

"Hemmelighederne lever ikke kun i materie. De lever i noget, der ser ud til at fylde alt rum og tid. Det er kvantefelter, "Sagde Kaplan." Vi lægger energi i vakuumet og ser, hvad der kommer ud. "

Begge sæt resultater involverer det mærkelige, flygtig partikel kaldet muon. Muonen er den tungere fætter til elektronen, der kredser om et atoms centrum. Men muonen er ikke en del af atomet, den er ustabil og eksisterer normalt kun i to mikrosekunder. Efter at det blev opdaget i kosmiske stråler i 1936 forvirrede det forskerne så meget, at en berømt fysiker spurgte "Hvem har bestilt det?"

"Siden begyndelsen fik det fysikere til at ridse hovedet, "sagde Graziano Venanzoni, en eksperimentel fysiker på et italiensk nationalt laboratorium, som er en af ​​de bedste forskere på det amerikanske Fermilab -eksperiment, kaldet Muon g-2.

Eksperimentet sender muoner rundt om et magnetiseret spor, der holder partiklerne i eksistens længe nok til, at forskere kan se dem nærmere. Foreløbige resultater tyder på, at muons magnetiske "spin" er 0,1% lavere end standardmodellen forudsiger. Det lyder måske ikke af meget, men for partikelfysikere er det enormt - mere end nok til at styrke den nuværende forståelse.

Forskere har brug for endnu et år eller to for at afslutte analysen af ​​resultaterne af alle omgange omkring den 14 meter lange bane. Hvis resultaterne ikke ændres, det vil tælle som en stor opdagelse, Sagde Venanzoni.

Hver for sig, hos verdens største atomknuser ved CERN, fysikere har styrtet protoner mod hinanden der for at se, hvad der sker efter. En af partikelkollidernes flere separate eksperimenter måler, hvad der sker, når partikler kaldet skønhed eller bundkvarker kolliderer.

Standardmodellen forudsiger, at disse skønhedskvark -nedbrud skal resultere i lige mange elektroner og muoner. Det er lidt som at vende en mønt 1, 000 gange og får omtrent lige mange hoveder og haler, sagde store Hadron Collider skønhed eksperiment chef Chris Parkes.

Men det er ikke det, der skete.

Forskere gennemgik data fra flere år og et par tusinde nedbrud og fandt en forskel på 15%, med betydeligt flere elektroner end muoner, sagde eksperimentforsker Sheldon Stone fra Syracuse University.

Ingen af ​​eksperimenterne kaldes endnu en officiel opdagelse, fordi der stadig er en lille chance for, at resultaterne er statistiske finurligheder. Kører eksperimenterne flere gange - planlagt i begge tilfælde - kunne om et år eller to, nå de utroligt strenge statistiske krav til fysik for at hylde det som en opdagelse, sagde forskere.

Hvis resultaterne holder de ville ophæve "hver anden beregning foretaget" i partikelfysikkens verden, Sagde Kaplan.

"Dette er ikke en fudge -faktor. Det er noget galt, "Sagde Kaplan. At noget kunne forklares med en ny partikel eller kraft.

Eller disse resultater kan være fejl. I 2011, et mærkeligt fund om, at en partikel kaldet en neutrino syntes at rejse hurtigere, end lys truede modellen, men det viste sig at være resultatet af et løst elektrisk forbindelsesproblem i forsøget.

"Vi kontrollerede alle vores kabelforbindelser, og vi har gjort, hvad vi kan for at kontrollere vores data, "Sagde Stone." Vi er lidt sikre på, men man ved aldrig. "

© 2021 Associated Press. Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omfordelt uden tilladelse.