Úspech v pochopení základných síl vesmíru dosiahnutý vo veľkom hadrónovom urýchľovači

Výskumníci z University of Rochester, pracujúci s CMS Collaboration CERNurobili významný pokrok v meraní elektroslabého uhla miešania, čo zvýšilo naše chápanie štandardného modelu časticovej fyziky.

Ich práca pomáha vysvetliť základné sily vesmíru, podporovaná experimentmi na Veľkom hadrónovom urýchľovači, ktorý študuje podmienky podobné tým, ktoré existovali po vytvorení vesmíru. veľký tresk,

Univerzálne záhady odhalené

Výskumníci z University of Rochester sa už desaťročia podieľajú na medzinárodnej spolupráci s Európskou organizáciou pre jadrový výskum (bežne známou ako CERN) v snahe odhaliť záhady vesmíru.

Na základe ich rozsiahleho zapojenia v CERN-e, najmä v rámci spolupráce CMS (Compact Muon Solenoid), tím Rochester – vedený Ari Bodekom, profesorom fyziky Georgom E. Peckom – nedávno dosiahol dôležitý míľnik. Jeho úspech sa zameral na meranie elektroslabého uhla miešania, kľúčovej zložky štandardného modelu časticovej fyziky. Tento model vysvetľuje, ako častice interagujú a presne predpovedá mnohé javy vo fyzike a astronómii.

„Nedávne merania elektroslabého uhla miešania sú neuveriteľne presné, vypočítané zo zrážok protónov v CERN-e a zlepšujú pochopenie fyziky častíc,“ hovorí Bodek.

Podpora CMS Spája členov komunity časticovej fyziky z celého sveta, aby lepšie pochopili základné zákony vesmíru. Rochesterská skupina CMS spolupráce zahŕňa okrem Bodeka aj hlavných výskumníkov Reginu Deminu, profesorku fyziky, a Aron Garcia-Bellido, docenta fyziky, postdoktorandských výskumných spolupracovníkov a postgraduálnych a vysokoškolských študentov.

Výskumníci z University of Rochester majú dlhú históriu práce v rámci spolupráce solenoidov kompaktných miónov (CMS) v CERN, vrátane hrania kľúčovej úlohy pri objave Higgsovho bozónu v roku 2012. Poďakovanie: Samuel Joseph Hertzog; Julian Marius Ordon

Dedičstvo objavov a inovácií v CERN-e

CERN so sídlom v Ženeve vo Švajčiarsku je najväčším svetovým laboratóriom časticovej fyziky, známym pre svoje prevratné objavy a špičkové experimenty.

CMS výskumníkov Rochester V rámci spolupráce CERN Má za sebou dlhú históriu pôsobenia, vrátane hrania vedúcich úloh. Higgsov bozón objavený v roku 2012– Elementárna častica, ktorá pomáha vysvetliť pôvod hmoty vo vesmíre.

Práca v rámci spolupráce zahŕňa zber a analýzu údajov zozbieraných z kompaktného miónového solenoidového detektora na veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) v CERN, najväčšom a najvýkonnejšom urýchľovači častíc na svete. LHC pozostáva zo 17-míľového kruhu supravodivých magnetov a urýchľovacích štruktúr vybudovaných pod zemou a preklenujúcich hranicu medzi Švajčiarskom a Francúzskom.

Primárnym cieľom LHC je objaviť základné stavebné kamene hmoty a sily, ktoré ich ovládajú. Robí to zrýchlením lúčov protónov alebo iónov takmer na rýchlosť svetla a ich vzájomným zrážaním pri extrémne vysokých energiách. Tieto zrážky vytvárajú podmienky podobné tým, ktoré existovali zlomky sekundy po Veľkom tresku, čo vedcom umožňuje študovať správanie častíc v extrémnych podmienkach.

rozpad jednotných síl

V 19. storočí vedci zistili, že rôzne sily elektriny a magnetizmu sú prepojené: meniace sa elektrické pole vytvára magnetické pole a naopak. Tento objav vytvoril základ elektromagnetizmu, ktorý opisuje svetlo ako vlnu a vysvetľuje mnohé javy v optike, ako aj interakciu elektrických a magnetických polí.

Na základe tohto pochopenia fyzici v 60. rokoch minulého storočia zistili, že elektromagnetizmus je spojený s inou silou – slabou silou. Slabá sila pôsobí v jadrách atómov a je zodpovedná za procesy, ako je rádioaktívny rozpad a napájanie energie Slnka. Tento objav viedol k vývoju elektroslabej teórie, ktorá predpokladá, že elektromagnetizmus a slabá sila sú v skutočnosti nízkoenergetické prejavy zjednotenej sily nazývanej elektroslabá interakcia. Veľké objavy ako Higgsov bozón tento koncept potvrdili.

Pokrok v elektroslabých interakciách

Spolupráca CMS nedávno vykonala najpresnejšie merania, aké kedy súvisia s touto teóriou, a to analýzou miliárd protón-protónových zrážok na LHC v CERN. Zamerali sa na meranie slabého zmiešavacieho uhla, parametra, ktorý opisuje, ako elektromagnetizmus a slabá sila vzájomne pôsobia a vytvárajú častice.

Predchádzajúce merania elektroslabého uhla miešania vyvolali diskusiu vo vedeckej komunite. Najnovšie zistenia sa však tesne zhodujú s predpoveďami štandardného modelu časticovej fyziky. Postgraduálny študent Rochesteru Rhys Taus a postdoktorandský výskumný pracovník Aleko Khukhunaishvili aplikovali nové techniky na zníženie systematických neistôt spojených s týmto meraním, čím sa zvýšila jeho presnosť.

Pochopenie slabého uhla miešania odhaľuje, ako rôzne sily vo vesmíre spolupracujú na najmenších mierkach, a prehlbuje naše chápanie základnej podstaty hmoty a energie.

„Tím Rochester od roku 2010 vyvíja inovatívne techniky na meranie týchto elektroslabých parametrov a potom ich aplikuje na veľkom hadrónovom urýchľovači,“ hovorí Bodek. „Tieto nové techniky priniesli novú éru presných testov predpovedí štandardného modelu.“

CMS Collaboration je medzinárodná vedecká spolupráca zodpovedná za experiment kompaktného miónového solenoidu (CMS) vo veľkom hadrónovom urýchľovači v CERN. CMS Collaboration, ktorú tvorí viac ako 4 000 vedcov z viac ako 200 inštitúcií a 50 krajín, vykonáva výskum v oblasti fyziky vysokých energií, skúma základné častice a sily, vrátane slávneho objavu Higgsovho bozónu v roku 2012.