Iba jedna z najmenších vecí vo vesmíre môže zmeniť to, o čom vieme.
V stredu Národné urýchľovacie laboratórium Fermilab (Fermilab) na ministerstve energetiky v Illinois v USA odhalilo veľmi očakávané výsledky jednopodlažného experimentu časticovej fyziky známeho ako Moran G-2. Bizarné výsledky, ktoré sa zdajú byť úplne odlišné od niektorých štandardných teórií, šokovali fyzikov po celom svete – a ak sa potvrdia, naznačujú, že základné teórie fyziky sa môžu mýliť.
„Toto je náš okamih pristátia na Mars Rover,“ tvrdý fyzik Chris Polley Povedal Zistenia New York Times.
Údaje uverejnené v časopise Fyzické prehľadové listy, Zobrazené základné častice sa nazývajú mióny, čo štandardný model fyzikálnej fyziky nepredpovedal. Štandardný model je zlatá štandardná teória, ktorá vysvetľuje všetky známe sily a všetky základné častice vo vesmíre. Štandardný model tiež predpovedal existenciu Higgsovho bozónu v roku 2012, desaťročia predtým, ako bol experimentálne zistený.
Renee Fatimi, fyzička z University of Kentucky a manažérka simulácie experimentu Muon G-2, povedala: „Toto je silný dôkaz, že mión je citlivý na niečo, čo nie je v našej najlepšej teórii.“ V tlačovom vyhlásení.
Vyššie uvedené častice známe ako mióny pôsobili pri pôsobení silného magnetického poľa na Fermabe zvláštne. Tento podivný výsledok by mohol byť výsledkom novej, zatiaľ neobjavenej základnej častice – ktorá by mohla vrhnúť priepasť vo fyzike na všetkých ľudí.
Ale nie všetci fyzici kupujú výsledky. Dôvod čiastočne súvisí s číslom nazývaným sigma.
Vezmite sigmu
Vo fyzike, pretože väčšina vied zahŕňa experimenty, sú experimentálne výsledky charakterizované množstvom, Sigma, Že sa hovorí, ako pravdepodobné je, že výsledkom je náhodná náhoda.
Povedzte, že ste uviedli teóriu, že minca vždy vyjde nad hlavu, a potom ste vykonali experiment, pri ktorom ste mincu hodili 10-krát a videli, že vaša minca zakaždým preletí cez hlavu. Je skutočne možné, že by sa to mohlo stať – v skutočnosti by sa to stalo asi jeden z tisíckrát -, ale vaše výsledky, hoci sú spočiatku šokujúce, by neviedli k prehodnoteniu teórie otočenia mince. Je to preto, že 10 otočení nie je dostatočným testom na zaručenie čísla sigma, ktoré by naznačovalo stav „bez pochybností“. Vyžadovalo by si to takzvaný výsledok 5 sigma, ktorý zodpovedá pravdepodobnosti jedného z 30 miliónov, že váš experiment bol dočasný.
Experiment Fermilab s Moonsom sa uskutočnil v roku 2001 pre experiment v Brookhavenskom národnom laboratóriu s hodnotou približne 3,7 sigma. V kombinácii s výsledkami programu Fermilab sa hodnota sigma zvýšila na 4,2 sigma; 5 je zlatým štandardom pre vedcov pri získavaní nových objavov.
Inými slovami, experiment Muon G-2 nedosiahol ten zlatý štandardný pruh s piatimi sigma.
Raz za modrý mesiac
Napriek tomu, že je mión jednou z dvanástich základných častíc vo vesmíre, je zriedka viditeľný; Majú rovnaké vlastnosti ako bežné elektróny v tom, že majú náboj, napriek tomu je ich hmotnosť oveľa väčšia ako hmotnosť ich elektrónových bratrancov. Muny tiež veľmi rýchlo ožívajú: potom, čo sa sformovali pri vysokoenergetických zrážkach, napríklad keď kozmické lúče útočia na zemskú atmosféru, následne sa rozpadajú v priemere za 1,56 mikrosekundy. Je to jedna z veľkých záhad fyziky, aké nepriaznivé sú prežitie niektorých základných častíc vesmíru v tomto vesmíre.
Podobne ako jeho elektrón bratranca, aj mióny majú vnútorný magnetizmus; Ako každý magnet, aj s nimi je možné manipulovať a presmerovať ich v prítomnosti magnetických polí. Urýchľovače častíc vo Fermilabe môžu produkovať veľké množstvo miónov, čo výskumníci z Fermilab robili pre experiment mión G-2 – sledujúci interakciu miónov v urýchľovači častíc v prítomnosti silného magnetického poľa.
V takom magnetickom poli sa mión určuje interne spôsobom známym ako G-faktor. Toto číslo sa líši v závislosti od atmosféry miónu a jeho interakcií s inými časticami. Mión G-2 je navrhnutý na meranie g faktora miónu.
To, čo sa stalo v experimente Muon G-2, je celkom jednoduché, či sa očakávaný výsledok líši od teórie. Nezrovnalosť sa javí na papieri malá. Podľa štandardného modelu je akceptovaný G-faktor pre mión 2,00233183620. Výsledkom nového experimentu však bolo 2,00233184122 – rozdiel 0,00000000502.
Môže sa to zdať malé. Ale pre teóriu, ktorá presnejšie predpovedala vlastnosti častíc, je tento rozpor oveľa väčší.
„Toto množstvo, ktoré meriame, odráža Muonove interakcie so všetkým ostatným vo vesmíre,“ uviedol Fetami. „Ale keď teoretici vypočítajú rovnaké množstvo pomocou všetkých známych síl a častíc v štandardnom modeli, nedostaneme rovnakú odpoveď.“
Mrak ticha, zrnko soli
Napriek nadšeniu tímu Fermilab sú niektorí fyzici ohľadne nálezov opatrní.
„Nie je pochýb o tom, že to bolo obsadené,“ hovorí Bruce Schum, profesor fyziky na Kalifornskej univerzite v Santa Cruz a autor. Populárna kniha Na štandardný model, povedal Salon. Schumm zdôraznil úspech štandardného modelu. „Keď urobíte meranie a porovnáte, čo očakávate, na základe toho, čo viete – štandardného modelu -, existuje len malá obava, že tento výpočet nebol celkom presný,“ uviedol.
Avi Loeb, bývalý predseda katedry astronómie na Harvardovej univerzite, bol ohľadom nálezov optimistickejší – ale ako poznamenal, opatrne.
„Meranie je zaujímavé, ale jeho štatistická významnosť 4,2 štandardných odchýlok nedosiahla zlatý štandard v údajoch z časticovej fyziky 5,“ uviedol Loeb e-mailom pre Salon. „Ďalej nie je jasné, či odchýlka predstavuje novú fyziku alebo teoretický nesprávny výpočet, asi pol tucta skupín teoretikov počíta očakávanú hodnotu a teoretické neistoty zakrývajú význam nezrovnalosti.“
Loeb uviedol: „V priebehu rokov sa mnohé anomálie vytratili a štandardný model častice sa nezmenil.“
Je to skutočne pravda a hovorí sa o efektívnosti štandardného modelu. Predchádzajúca nezrovnalosť nastala v roku 2018 Experimentujte To zahŕňalo naviazanie miónov na protón a následné meranie polomeru protónu viedlo k zvláštnemu výsledku o protóne. Pozorovaná šírka protónu, keď bol viazaný na mión, bola asi o 4 percentá menšia, ako sa očakávalo. Niektorí fyzici špekulovali, že výsledok sa dá vysvetliť „novou fyzikou“ – priestorovými rozmermi, novými základnými časticami alebo niečím podobným. Budúce štúdie Nájdené približné hodnoty k šírke protónu; O Sigme sa ešte neverilo, že týchto ľudí považuje za definitívnych. Do roku 2020 bude porota stále mimo, ale nová fyzika je menej pravdepodobná.
Pokiaľ ide o výsledky Muon G-2, Schumm uviedol, že fyzici sú si vedomí, že v súčasnosti sa ukazuje, že v prípade miónov existuje „nový efekt“. To však neznamená, že zatiaľ boli objavené nové častice.
„Ak dôjde k novému efektu, potom všetci vieme, že je tu pravdepodobne objavená nová častica spojená s týmto účinkom,“ uviedol Schumer.
Je stále možné, že štandardný model nie je v poriadku?
„Je to určite prílišná dramatizácia, že je ohrozený štandardný model,“ uviedol Schumm. „Štandardný model bol vždy známy odo dňa jeho vynájdenia a bol známy ako„ efektívna teória “. Shumm porovnal štandardný model s„ špičkou ľadovca “, v ktorej je špička pozorovaná a dobre pochopená, aj keď sme nie sú si plne vedomí toho, čo leží pod vodou. “Stavil by som sa o akúkoľvek sumu. [the Standard Model] Ako reprezentácia tohto cípu ľadovca nebude nikdy prekonaný, “uviedol.
Schumm porovnal tento scenár medzi Newtonovými zákonmi a takýmito vzťahmi. Einsteinova teória relativity – Vzhľadom na to, že Albert Einstein neopustil Newtonove zákony, ale vychádzal z nich. Inými slovami, ak sa vyskytne nová častica, je nepravdepodobné, že by bol štandardný model odhodený bokom, ale skôr vyrobený.
Pozor, ak budúce experimenty potvrdia nezrovnalosť, môže to nielen zmeniť fyziku, ale tiež to môže zlepšiť naše chápanie vesmíru – a možno aj vysvetliť nevysvetliteľné udalosti ako také. temná hmota, Ktoré môžu súvisieť Neviditeľné častice.
„Ak sa nezrovnalosť preukáže budúcim zlepšením experimentálnych údajov a teoretických výpočtov, nové obsiahnuté častice môžu súvisieť s tmavou hmotou vo vesmíre,“ uviedol Loeb. „V tejto chvíli nepoznáme podstatu väčšiny látok vo vesmíre. Toto poznanie nám pomôže pochopiť, ako sa galaxie ako Mliečna dráha zhromažďovali v kozmických dejinách.“
Chcete mať v doručenej pošte viac príbehov o zdraví a vede? Prihláste sa na odber týždenného spravodajcu spoločnosti Salon Vulgárny vedec.
