Dans un tunnel souterrain à Fermilab près de Chicago, les scientifiques ont tiré des rayons de proton et d’antiproton autour de l’anneau d’accélérateur de Tevatron à quatre milles jusqu’à ce qu’ils entrent en collision au milieu du détecteur CDF de 5000 tonnes avec la vitesse de la lumière. Crédit: Fermilab
L’un des plus petits blocs de construction de l’univers a un problème de pesage, et Ashutosh Kotwal est déterminé à atteindre le fond.
Depuis près de 30 ans, le physicien de Duke a dirigé les efforts des maisons mondiales dans la masse d’une particule de base appelée Bosón W.
Transport les particules de la force qui permettent au soleil de brûler et nouvel élément Forme, c’est donc très important. Sans lui, l’univers entier serait dans l’obscurité.
Mais ces dernières années, Boson W a été une source de lacunes dans le monde de la physique. C’est parce qu’ils sont les plus les plus Une action précise Jusqu’à la date de masse, fondamentalement, la quantité de matériel ou les «choses» contenues dans les particules, n’est pas en harmonie.
Ce qui est en jeu est plus qu’une simple version subatomique du jeu du carnaval Riddle. La question est de savoir si notre compréhension du droit naturel doit être réécrite.
Et maintenant, dans une série de nouvelles nouvelles études, Kotwal recherche Qu’est-ce qui peut être derrière les puzzles de cette mesure et comment le résoudre.
Extraordinaire ou pas?
Tout a commencé il y a quelques années, a déclaré Kotwal, lorsque lui et l’équipe physicienne ont examiné les données du Laboratoire national de Fermi Accelerator, près de Chicago, ont eu une étrange surprise.
La sienne analyse À partir de l’expérience CDF, sur la base d’environ 4 millions de bosons B produits par ce qui était autrefois l’accélérateur de particules le plus fort au monde, il a suggéré que les particules étaient significativement plus fortes que prévues par la théorie la plus importante de la physique des particules.
Le physicien mesure la masse des particules subatomiques dans des unités appelées électrons volt, ou ev. Selon sa théorie, le boson B doit avoir une masse très proche de 80 357 millions de véhicules électriques, soit environ 80 fois la masse de protons.
Mais la mesure de l’équipe, qui prend 10 ans à faire et est la mesure de masse la plus précise jamais faite pour Boson W, prend une friture de 77 millions de murs plus lourds, et avec une seule marge d’erreur de 0,01%. C’est une grande différence à décrire comme une coïncidence.
Les résultats augmentent la probabilité de fissures dans les modèles de physique des particules standard, notre meilleure explication de la façon dont les particules se joignent et interagissent pour créer le monde qui nous entoure.
Mais la mesure suivante, libéré L’année dernière, par des chercheurs du CERN et presque si précisément, il a lancé Boss W sous un jour plus urinant.
En conséquence, la première mesure de masse de l’expérience CMS dans le Colider du Hadron CERN en Suisse n’a pas pu trouver quelque chose d’inhabituel ou d’extraordinaire. À l’inverse, l’équipe a fermé la masse prédite par le modèle de physicien standard.
En d’autres termes, et aussi que la poésie, l’anomalie a disparu.
L’incompatibilité entre les deux expériences montre qu’une ou deux équipes ont perdu quelque chose.
Il est possible, a-t-il dit, il y a “une défaillance potentielle cachée dans l’une de nos techniques”, ou qu’une équipe ignore plusieurs sources d’erreur.
Depuis lors, Kotwal a travaillé pour comprendre la racine de la différence, séparez chaque aspect de son analyse pour trouver une explication pourquoi les deux groupes atteignent des réponses différentes.
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Comment considérer les boss
La partie du problème est une mesure difficile à faire du mal.
Depuis le découverte de Boson en 1983, une équipe de scientifiques utilisant différents détecteurs a fait de nombreux efforts pour mesurer leurs masses. Mais ils ne peuvent pas simplement être sur l’échelle et les peser.
D’une part, une très courte durée. La BOSOINE est fabriquée en cassant les particules à presque la vitesse de la lumière dans de fortes particules telles que Tevatron dans le fermilab.
Mais le boson – la broche de boson pour cette collision est séparée presque immédiatement après la formation, apparaissant dans une particule de charbon avec un prix inférieur à un milliard de milliards de milliards de milliards de dollars avant de pourrir.
Ensuite, les scientifiques doivent évaluer indirectement le boson B, concluant leur masse en étudiant les particules qui produisent du boson de décomposition.
Pour obtenir la bonne mesure de masse, a déclaré Kotwal, les chercheurs doivent d’abord mesurer l’énergie et le moment de ces débris volants lorsque le détecteur les voit.
En mesurant leur énergie cinétique, essentiellement combien de «encouragement» ils ont lorsqu’ils volent, les chercheurs peuvent travailler à l’envers, en utilisant le droit de la conservation de l’énergie et les encouragements, pour déterminer la masse de Boson W.
Dans une nouvelle étude publiée dans Recherche d’examen physiqueKotwal a testé le calcul.
Itinéraire de vol
La mesure de la masse des équipements de fermilab est basée sur 4,2 millions d’analyses BOS W produites dans des particules de colide appelées tevatron entre 2002 et 2011.
La partie importante de l’expérience est une caméra en forme de pièce avec 30 240 câbles haute tension qui enregistrent et déterminent la position 3D de chaque particule de décomposition à 96 points différents lorsque le point de collision sort.
Mais les particules ne se déplacent pas en ligne droite. Dessinez un arc tout en courbée autour du champ magnétique de la caméra sur un chemin prévu.
Fondamentalement, dessinant une courbe à travers une série de signaux derrière, les scientifiques du CDF peuvent déterminer les impulsions de chaque particule et d’autres propriétés.
“C’est très similaire au jeu Connect-the-bos que nous jouons habituellement lorsque les enfants”, a déclaré Kotwal.
Kotwal a déclaré que l’équipe avait passé quatre ans à s’assurer qu’elle pourrait reconstruire le chemin de chaque particule avec une très belle précision, en utilisant un algorithme sophistiqué pour identifier la position de chaque dizaine de milliers de câbles en un million de mètres.
Il est toujours possible, a déclaré Kotwal, que certaines des erreurs de suivi de l’itinéraire de vol devaient les lancer.
“Que se passera-t-il si le câble n’est pas exactement à l’endroit que nous pensons, et que nous ne réalisons pas?” Mot Kotwal. “Supposons que l’espace métallique est serré ou plié d’une certaine manière, alors toutes les positions de fil seront légèrement désactivées.”
Ensuite, Kotwal vérifie toutes les possibilités d’un désalignement du fil fin qui peut faire en sorte que leurs résultats doutent.
Dans le premier résultat d’un audit interne publié ce mois-ci, ont rapporté les résultats.
“Tous les changements qui pourraient être examinés et ils ont été constatés qu’ils étaient trop petits pour importer”, a déclaré Kotwal. Même en considérant la possibilité d’un petit changement dans le câble de la caméra, une particule énergie cinétique Il peut toujours être mesuré par la précision citée par 25 parties par million.
“De ce point de vue, les mesures du CDF sont vérifiées”, a déclaré Kotwal.
Il y a plus de travail qui doit être fait pour combler l’écart entre les deux expériences, a-t-il ajouté.
Mais l’objectif est de retirer le rideau afin que chaque étape soit exposée et que d’autres chercheurs puissent voir comment ils arrivent à leurs réponses.
“Lorsque le paramètre de base de la poursuite de la nature, la méthode ne peut pas être floue. Ils doivent être entièrement transparents”, a déclaré Kotwal.
Kotwal a déclaré qu’il espérait que d’autres expériences feraient la même chose.
Il a ajouté que la découverte de ce qui n’allait pas était la clé pour bien le faire.
“Que se passe-t-il si nous ignorons quelque chose ici? Il est de notre devoir de vérifier”, a-t-il dit, soulignant qu’il était encore trop tôt pour déclarer le cas qui a été clos avec l’espoir de la nouvelle physique.
“Ce que nous devons faire, c’est ne parvenir à aucune conclusion, mais pour explorer et trouver quelles méthodes sont bonnes et quelles méthodes ne sont pas.
“C’est ainsi que les scientifiques doivent le faire, non?”
Informations supplémentaires:
Ashutosh Vijay Kotwal, un modèle de réponse de courbure de l’espace de dérive CDF II, Recherche d’examen physique (2025). Doi: 10.1103 / PhysRevResearch.7.013128
Fourni par
Université Duke
Collection: Compte tenu de la mesure de W Boson (2025, 17 février) récupéré le 17 février 2025 de
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