O realizare istorică în dezvăluirea forțelor fundamentale ale universului la Large Hadron Collider

Cercetătorii de la Universitatea din Rochester lucrează cu CMS Collaboration pe CERNAm făcut progrese semnificative în măsurarea unghiului de amestecare electroslab, progresând înțelegerea modelului standard al fizicii particulelor.

Lucrările lor ajută la explicarea forțelor fundamentale ale universului, susținute de experimente precum cele de la Large Hadron Collider care analizează condiții similare cu cele care au avut loc după marea explozie.

Descoperiți secretele cosmice

În încercarea de a descifra secretele universului, cercetătorii de la Universitatea din Rochester sunt implicați de zeci de ani într-o colaborare internațională la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară, cunoscută sub numele de CERN.

Bazându-se pe implicarea lor extinsă la CERN, în special în cadrul colaborării CMS (Compact Muon Solenoid), echipa Rochester – condusă de Ari Budek, George E. Buck – o realizare inovatoare recentă. Realizarea lor se concentrează pe măsurarea unghiului de amestecare electroslab, o componentă fundamentală a modelului standard al fizicii particulelor. Acest model descrie modul în care particulele interacționează și prezice cu acuratețe o gamă largă de fenomene din fizică și astronomie.

„Măsurătorile recente ale unghiului de amestecare al forței electroslăbite sunt incredibil de precise, deoarece au fost calculate din ciocnirile de protoni la CERN și avansează înțelegerea fizicii particulelor”, spune Budick.

cel Colaborare într-un sistem de management al conținutului Colaborarea CMS reunește membri ai comunității de fizică a particulelor din întreaga lume pentru a înțelege mai bine legile fundamentale ale universului. Pe lângă Bodek, grupul Rochester din proiectul de colaborare CMS include investigatorii principali Regina DeMina, profesor de fizică și Aran Garcia Bellido, profesor asociat de fizică, împreună cu cercetători postdoctorali și studenți absolvenți și de licență.

Cercetătorii de la Universitatea din Rochester au o lungă istorie de lucru la CERN ca parte a colaborării Compact Muon Solenoid (CMS), inclusiv jucând roluri cheie în descoperirea bosonului Higgs în 2012. Copyright: Samuel Joseph Herzog; Julian Marius Urdan

Moștenirea descoperirii și inovării la CERN

Situat în Geneva, Elveția, CERN este cel mai mare laborator de fizică a particulelor din lume și este cunoscut pentru descoperirile sale de pionierat și experimentele de ultimă oră.

Cercetătorii de la Rochester au o lungă istorie de lucru la CERN ca parte a colaborării CMS, inclusiv joacă roluri cheie în… Descoperirea bosonului Higgs în 2012– O particulă elementară care ajută la explicarea originii masei în univers.

Munca colaborarii include colectarea si analiza datelor colectate de la detectorul de solenoid de muoni incorporat in Large Hadron Collider al CERN, cel mai mare si mai puternic accelerator de particule din lume. LHC constă dintr-un inel lung de 17 mile de magneți supraconductori și structuri de accelerație construite în subteran și se întinde de-a lungul graniței dintre Elveția și Franța.

Scopul principal al LHC este de a explora blocurile de bază ale materiei și forțele care le guvernează. Acest lucru se realizează prin accelerarea fasciculelor de protoni sau ioni până aproape de viteza luminii și ciocnind unul cu celălalt la energii extrem de mari. Aceste ciocniri recreează condiții similare cu cele care au existat la milisecunde după Big Bang, permițând oamenilor de știință să studieze comportamentul particulelor în condiții extreme.

Demontarea forțelor unificate

În secolul al XIX-lea, oamenii de știință au descoperit că diferitele forțe ale electricității și magnetismului sunt interconectate: un câmp electric în schimbare produce un câmp magnetic și invers. Această descoperire a stat la baza electromagnetismului, care descrie lumina ca o undă și explică multe fenomene din optică, împreună cu descrierea modului în care câmpurile electrice și magnetice interacționează.

Pe baza acestei înțelegeri, fizicienii din anii 1960 au descoperit că electromagnetismul este legat de o altă forță – forța slabă. Forța slabă operează în nucleul atomilor și este responsabilă pentru procese precum dezintegrarea radioactivă și producerea de energie în Soare. Această descoperire a condus la dezvoltarea teoriei electroslabelor, care presupune că electromagnetismul și forța slabă sunt de fapt manifestări cu energie scăzută ale unei forțe unificate numită interacțiunea electroslabă unificată. Descoperirile cheie, cum ar fi bosonul Higgs, au confirmat acest concept.

Evoluții în interacțiunea electroslabă

Echipa CMS a făcut recent una dintre cele mai precise măsurători de până acum ale acestei teorii, analizând miliarde de ciocniri de protoni la Large Hadron Collider al CERN. Accentul lor s-a concentrat pe măsurarea unghiului slab de amestecare, un parametru care descrie modul în care electromagnetismul și forța slabă se amestecă pentru a forma particule.

Măsurătorile anterioare ale unghiului de amestecare electroslab au stârnit controverse în comunitatea științifică. Cu toate acestea, cele mai recente rezultate sunt strâns în concordanță cu predicțiile din Modelul standard al fizicii particulelor. Studentul absolvent de la Rochester Rice Taus și colegul postdoctoral Aliko Khokhonishvili au implementat noi tehnici pentru a reduce incertitudinea metodologică inerentă acestei măsurători, sporind acuratețea acesteia.

Înțelegerea unghiului slab de amestecare aruncă lumină asupra modului în care diferitele forțe din univers lucrează împreună la cele mai mici scale, aprofundând înțelegerea naturii fundamentale a materiei și a energiei.

„Echipa Rochester a dezvoltat tehnici inovatoare și a măsurat acești parametri electroslăbiți din 2010 și apoi i-a implementat la Large Hadron Collider”, spune Budick, „Aceste noi tehnici au inaugurat o nouă eră a testării de precizie a predicțiilor modelului standard”.

Colaborarea CMS este o colaborare științifică internațională responsabilă pentru experimentul Compact Muon Solenoid (CMS) de la Large Hadron Collider al Organizației Europene pentru Cercetare Nucleară (CERN). Colaborarea reunește peste 4.000 de oameni de știință din peste 200 de instituții și 50 de țări și efectuează cercetări în fizica energiilor înalte, explorând particule și forțe fundamentale, inclusiv faimoasa descoperire a bosonului Higgs în 2012.