Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Rzadki rozpad bozonu Higgsa może wskazywać na istnienie cząstek spoza Modelu Standardowego
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po 10 latach analiz i wielokrotnego sprawdzania wyników, badacze z projektu CDF collaboration prowadzonego przez Fermi National Accelarator Laboratory (Fermilab) ogłosili, że dokonali najbardziej precyzyjnych pomiarów masy bozonu W, nośnika jednego z czterech podstawowych oddziaływań fizycznych. Uzyskane wyniki sugerują, że Model Standardowy powinien zostać poprawiony lub poszerzony.
Znamy cztery podstawowe oddziaływania fizyczne: grawitacyjne, słabe, elektromagnetyczne i silne. Bozon W jest nośnikiem oddziaływań słabych. Specjaliści z Fermilab, wykorzystując dane z Collider Detector at Fermilab (CDF) okreslili masę bozonu W z dokładnością do 0,01%. Pomiar jest dwukrotnie bardziej dokładny niż dotychczasowe. Po jego wykonaniu naukowcy wykorzystali nową wartość do przetestowania Modelu Standardowego.
Wprowadziliśmy olbrzymią liczbę poprawek i dodatkowych weryfikacji. Wzięliśmy pod uwagę nasze lepsze rozumienie samego wykrywacza cząstek oraz postępy w teoretycznym i eksperymentalnym rozumieniu interakcji bozonu W z innymi cząstkami. Gdy w końcu przeprowadziliśmy wszystkie obliczenia okazało się, że różnią się one od przewidywań Modelu Standardowego, mówi Ashutosh V. Kotwal z Duke University, który stał na czele grupy wykonującej obliczenia. Jest on jednym z 400 naukowców skupionych wokół CDF collaboration.
Nowe pomiary w wielu aspektach zgadzają się z wcześniejszymi pomiarami masy bozonu W, ale w niektórych są z nimi rozbieżne. Dlatego też konieczne będą kolejne badania. To bardzo intrygujące wyniki, ale do ich pełnego wyjaśnienie konieczne jest potwierdzenie w ramach innych eksperymentów, mówi zastępca dyrektora Fermilab, Joe Lykken.
Bozon W, nośnik oddziaływań słabych, jest m.in odpowiedzialny za procesy powodujące, że Słońce świeci, a cząstki się rozpadają. Fermilab, a którym działał niezwykle zasłużony dla nauki akcelerator Tevatron, dysponuje olbrzymią ilością danych zbieranych w latach 1985–2011. Pomiary CDF były prowadzone przez wiele lat. Wyniki tych pomiarów były ukryte w danych, które trzeba było szczegółowo przeanalizować. Gdy w końcu je uzyskaliśmy, byliśmy zdumieni, mówi fizyk Chris Hays z Uniwersytetu Oksfordzkiego.
Masa bozonu W jest około 80-krotnie większa od masy protonu i wynosi około 80 000 MeV/c2. Teraz naukowcy z Fermilab ją uściślili. Dzięki ich pracy wiemy, że wynosi ona 80 433 ± 9 MeV/c2. Wynik ten bazuje na badaniach 4,2 milionów bozonów W uzyskanych w Fermilab.
W ciągu ostatnich 40 lat eksperymenty w wielu akceleratorach pozwoliły na badanie bozonu W. To bardzo trudne, złożone pomiary, które cały czas są doprecyzowywane. Nam praca zajęła wiele lat. Dokonaliśmy najbardziej precyzyjnych pomiarów, dzięki czemu mogliśmy stwierdzić, że istnieje rozbieżność pomiędzy wartością zmierzoną, a oczekiwaną, mówi rzecznik CDF collaboration Giogrio Chiarelli z Włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej.
Najbardziej precyzyjne obliczenia masy bozonu W wykonane na podstawie Modelu Standardowego – w których wykorzystuje się pomiary masy kwarka górnego i bozonu Higgsa – dają wynik 80 357 ± 6 MeV/c2. Różnica pomiędzy teoretycznymi obliczeniami a wykonanymi pomiarami jest więc widoczna. Teraz autorzy kolejnych eksperymentów oraz fizycy teoretyczni powinni spróbować ją wyjaśnić. Jeśli różnica pomiędzy wynikiem eksperymentów a teoretycznymi obliczeniami jest spowodowana istnieniem jakiegoś nowego oddziaływania – a to tylko jedna z możliwości – to przyszłe eksperymenty powinny je wykryć.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Poszukiwanie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy często wymaga dostępu do potężnych narzędzi, jak Wielki Zderzacz Hadronów, podziemnych wykrywaczy neutrin, ciemnej materii i egzotycznych cząstek. Urządzenia takie są niezwykle kosztowne w budowie i utrzymaniu, ich konstruowanie trwa przez wiele lat i jest ich niewiele, przez co ustawiają się do nich długie kolejki naukowców. Teraz dzięki naukowcom z Holandii może się to zmienić. Opracowali oni bowiem technikę więzienia i badania ciężkich molekuł w warunkach laboratoryjnych.
Ciężkie molekuły są świetnym obiektem do badań nad elektrycznym momentem dipolowym elektronu. Jednak dotychczas stosowane metody nie pozwalały na ich uwięzienie w warunkach niewielkiego laboratorium.
Standardowe techniki poszukiwania elektrycznego momentu dipolowego elektronu (eEDM) wykorzystują wysoce precyzyjną spektroskopię. Jednak by ją zastosować konieczne jest najpierw spowolnienie molekuł i schwytanie ich w pułapkę laserową lub elektryczną. Problem w tym, że do odkrycia zjawisk wykraczających poza Model Standardowy konieczne może okazać się przechwycenie molekuł zbyt ciężkich, by mogły uwięzić je lasery. Z kolei pułapki elektryczne pozwalają na przechwycenie ciężkich jonów, ale nie obojętnych elektrycznie molekuł.
Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen, Vrije Universiteit Amsterdam oraz instytutu Nikhef rozpoczęli swoją pracę od stworzenie molekuł fluorku strontu (SrF), które powstały w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w kriogenicznym gazie w temperaturze około 20 kelwinów. Dzięki niskiej temperaturze molekuły te mają początkową prędkość 190 m/s, podczas gdy w temperaturze pokojowej wynosi ona ok. 500 m/s. Następnie molekuły wprowadzane są do 4,5-metrowej długości spowalniacza Stark, gdzie zmienne pola elektryczne najpierw je spowalniają, a następnie zatrzymują. Molekuły SrF pozostają uwięzione przez 50 milisekund. W tym czasie można je analizować za pomocą specjalnego systemu indukowanego laserem. Pomiary takie pozwalają badać właściwości elektronów, w tym elektryczny moment dipolowy, dzięki czemu możliwe jest poszukiwanie oznak asymetrii.
Model Standardowy przewiduje istnienie eEDM, jednak ma on niezwykle małą wartość. Dlatego też dotychczas właściwości tej nie zaobserwowano. Obserwacja i zbadanie eEDM mogłyby wskazać na istnienie fizyki wykraczającej poza Model Standardowy.
Molekuły SrF, którymi zajmowali się Holendrzy, mają masę około 3-krotnie większą niż inne molekuły badane dotychczas podobnymi metodami. Naszym kolejnym celem jest uwięzienie jeszcze cięższych molekuł, jak np. fluorku baru (BaF), który ma macę 1,5 raza większą od SrF. Taka molekuła byłaby jeszcze lepszym celem do pomiarów eEDM, mówi Steven Hoekstra, fizyk z Uniwersytetu w Groningen. Im bowiem cięższa molekuła, tym dokładniejszych pomiarów można dokonać.
Jednak możliwość uwięzienia ciężkich molekuł przyda się nie tylko do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Można dzięki temu przeprowadzać też zderzenia ciężkich molekuł przy niskich energiach, symulując warunki w przestrzeni kosmicznej. To zaś przyda się podczas badań interakcji na poziomie kwantowym. Hoekstra mówi, że wraz ze swoimi kolegami będą też pracowali nad zwiększeniem czułości pomiarów poprzez zwiększenie intensywności strumienia molekuł. Spróbujemy też uwięzić bardziej złożone molekuły, jak BaOH czy BaOCH3. Dodatkowo wykorzystamy naszą technikę do badania asymetrii w molekułach chiralnych, zapowiada.
« powrót do artykułu -
Fermilab buduje ostatni z wielkich detektorów, które mają znaleźć neutrino sterylne i fizykę poza MSprzez KopalniaWiedzy.pl
W Fermi National Accelerator Laboratory (Fermi Lab), jednej z najbardziej zasłużonych instytucji dla rozwoju fizyki cząstek, trwa właśnie budowa ostatniego z wielkich detektorów, który ma badać neutrino i szukać dowodów na istnienie fizyki poza Modelem Standardowym. Zespół detektorów powstaje w ramach Short-Baselina Neutrino Program.
Projekt składa się ze źródła neutrin i trzech detektorów ustawionych w linii prostej. Short-Baseline Near Detector (SBND), którego budowa właśnie się rozpoczęła, znajdzie się 110 metrów za obszarem, w którym strumień protonów będzie uderzał w cel, generując strumień neutrin mionowych. W odległości 360 metrów za SBND znajduje się MicroBooNE. Urządzenie to rozpoczęło pracę już w 2015 roku. Za MicroBooNE, w odległości 130 metrów, stoi zaś ICARUS, który rozpocznie pracę jeszcze tej jesieni.
Podróżujące przez przestrzeń neutrino podlega oscylacjom, zmienia się pomiędzy trzema różnymi rodzajami: neutrinem mionowym, taonowym i elektronowym. I właśnie te oscylacje mają badać SBND, MicroBooNE i ICARUS. Jeśli okazałoby się, że istnieje czwarty rodzaj neutrin lub też badane neutrina zachowywałyby się w inny sposób, niż obecnie się przewiduje, detektory powinny to wykryć i być może fizyka wyjdzie poza Model Standardowy.
Czujniki detektora SBND będą zawieszone w zbiorniku z płynnym argonem. Gdy neutrino trafi do zbiornika i zderzy się z atomem argonu, powstaną liczne cząstki oraz światło. Zostaną one zarejestrowane przez czujniki, a analizy sygnałów pozwolą fizykom na precyzyjne odtworzenie trajektorii wszystkich cząstek powstałych w wyniku kolizji. Zobaczymy obraz, który pokaże nam olbrzymią liczbę szczegółów w bardzo małej kali. W porównaniu z wcześniejszymi eksperymentami otworzy nam się naprawdę nowe spektrum możliwości, mówi Anne Schukraft, koordynatorka techniczna projektu.
Wewnątrz SBND znajdą się trzy wielkie elektrody. Dwie anody i katoda. Każda z nich będzie mierzyła 5x4 metry. Natężenie pola elektrycznego pomiędzy katodą a każdą z anod wyniesie 500 V/cm. Anody zostaną umieszczone na przeciwnych ścianach pomieszczenia w kształcie sześcianu. Będą one przechwytywały elektrony, a znajdujące się za nimi czujniki będą rejestrowały fotony. W środku detektora umieszczona zostanie folia spełniająca rolę katody. Zamontowano ją pod koniec lipca, a w najbliższych dniach ma zostać ukończony montaż pierwszej anody.
Całość, gdy zostanie ukończona, będzie ważył ponad 100 ton i zostanie wypełniona argonem o temperaturze -190 stopni Celsjusza. Komora będzie znajdowała się w stalowym kriostacie o izolowanych ścianach, którego zadaniem będzie utrzymanie niskiej temperatury wewnątrz. Skomplikowany system rur będzie ciągle filtrował argon, by utrzymać go w czystości.
SBND to przedsięwzięcie międzynarodowe. Poszczególne elementy systemy powstają w wielu krajach, przede wszystkim w USA, Wielkiej Brytanii, Brazylii i Szwajcarii. Schukraft przewiduje, że nowy detektor ruszy na początku 2023 roku.
Gdy prace nad SBND się zakończą, detektor będzie pracował razem z MicroBooNE i ICARUSEM. Naukowcy chcą przede wszystkim poszukać dowodów na istnienie neutrina sterylnego, cząstki, która nie wchodzi w interakcje z oddziaływaniami słabymi. Już wcześniej, podczas eksperymentów prowadzonych w Liquid Scintillator Neutrino Detector w Los Alamos National Lab i MiniBooNE w Fermilab odkryto sygnały, które mogą wskazywać na istnienie takiej cząstki.
Pomysł polega na tym, by umieścić detektor naprawdę blisko źródła neutrin, w nadziei, że uda się złapać ten typ neutrina. Następnie jest kolejny detektor, a dalej jeszcze jeden. Mamy nadzieję, że zobaczymy oscylacje sterylnego neutrina, wyjaśnia Rober Acciarri, współdyrektor prac nad budową detektorów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Obliczenia przeprowadzone na Uniwersytecie w Bonn wskazują, że Model Standardowy powinien zostać poszerzony. Nie możemy być tego jeszcze całkowicie pewni. Nasze obliczenia powinny być nieco bardziej precyzyjne. Jeśli jednak uzyskane wyniki się potwierdzą, będzie to jedno z najważniejszych odkryć w fizyce cząstek w ostatnich latach, mówi główny autor badań Chien-Yeah Seng. Ich wyniki zostały właśnie opublikowane na łamach Physics Letters B.
Obowiązujący od kilkudziesięciu lat Model Standardowy opisuje trzy z czterech oddziaływań podstawowych oraz wszystkie znane cząstki. To jedna z najważniejszych teorii fizyki. Oparł się licznym próbom podważenia i wielokrotnie został potwierdzony. Jest modelem świetnie opisującym wszechświat, a jednocześnie wiemy, że jest bardzo niekompletny. Nie opisuje grawitacji, ciemnej materii i ciemnej energii, nie uwzględnia masy neutrino. Bardzo często więc słyszymy o możliwym istnieniu „fizyki poza Modelem Standardowym”. Badania uczonych z Bonn stanowią kolejną – silną – wskazówkę, że fizyka taka istnieje. A naukowcy wywiedli ją z badań nad rozpadem kaonów.
Kaony (mezony K) wchodzą w skład promieniowania kosmicznego. Są niestabilne, szybko dochodzi do ich rozpadu. W Modelu Standardowym rozpad ten opisywany jest za pomocą elementu Vus, a jego wartość można wyliczyć na podstawie eksperymentalnych danych. Problem jednak w tym, że dla różnych rodzajów rozpadu, wartość ta jest różna. To może wskazywać na istnienie zjawisk wykraczających poza Model Standardowy. Jednak nie możemy tego być pewni z trzech powodów.
Po pierwsze, eksperymentalne pomiary mogą być błędne lub niedokładne. Po drugie, obliczenia dokonywane na ich podstawie mogą być niedokładne. Po trzecie zaś – Model Standardowy może się mylić co do kaonów.
Obecnie uważa się, że pierwsza przyczyna problemów z wartością Vus nie wchodzi w rachubę. Potrafimy bowiem z coraz większą precyzją badać Vus, a kolejne eksperymenty dają takie same wyniki.
Wciąż jednak nie wiemy, czy obliczenia Vus na podstawie Modelu Standardowego są prawidłowe. Dzieje się tak, gdyż możemy dokonywać tych obliczeń tylko z pewnym przybliżeniem i tylko za pomocą potężnych superkomputerów. W tej chwili nie dysponujemy maszynami, które pozwoliłyby na precyzyjne obliczenie Vus. Żeby uzyskać pewność, co do prawidłowości obliczeń Vus musielibyśmy zaangażować najpotężniejsze komputery na dziesiątki lat. To nie wchodzi w rachubę. Chcemy jednak wiedzieć, czy możemy wierzyć naszym obliczeniom Vus, bo tylko wtedy będziemy mogli stwierdzić, czy w Modelu Standardowym tkwi błąd, wyjaśnia Seng.
Badacz wraz z kolegami z Bonn zaproponował nową metodę, która znakomicie skraca czas obliczeń. Podzieliliśmy obliczenia Vus na wiele małych fragmentów. Dzięki temu byliśmy w stanie obliczyć wartość Vus dla rozpadu kaonów znacznie szybciej i znacznie dokładniej niż wcześniej było to możliwe, stwierdza naukowiec.
Z obliczeń wynika, że rzeczywiście istnieją rozbieżności w wartościach Vus liczonych na podstawie Modelu Standardowego. To zaś jest silną wskazówką, że na rozpad kaonów wpływ mają zjawiska, których Model Standardowy nie opisuje. Jednak, jak zaznaczono na wstępie, nie możemy być tego całkiem pewni, gdyż obliczenia Senga i jego zespołu wciąż nie są wystarczająco precyzyjne.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas ostatnich badań w CERN zdobyto dane, które – jeśli zostaną potwierdzone – będą oznaczały, że doszło do naruszenia Modelu Standardowego. Dane te dotyczą potencjalnego naruszenia zasady uniwersalności leptonów. O wynikach uzyskanych w LHCb poinformowano podczas konferencji Recontres de Moriond, na której od 50 lat omawia się najnowsze osiągnięcia fizyki oraz w czasie seminarium w CERN.
Podczas pomiarów dokonywanych w LHCb porównywano dwa typy rozpadu kwarków powabnych. W pierwszym z nich pojawiają się elektrony, w drugim miony. Miony są podobne do elektronów, ale mają około 200-krotnie większą masę. Elektron, mion i jeszcze jedna cząstka – tau – to leptony, które różnią się pomiędzy sobą zapachami. Zgodnie z Modelem Standardowym, interakcje, w wyniku których pojawiają się leptony, powinny z takim samym prawdopodobieństwem prowadzić do pojawiania się elektronów i mionów podczas rozpadu kwarka powabnego.
W roku 2014 zauważono coś, co mogło wskazywać na naruszenie zasady uniwersalności leptonów. Teraz, po analizie danych z lat 2011–2018 fizycy z CERN poinformowali, że dane wydają się wskazywać, iż rozpad kwarka powabnego częściej dokonuje się drogą, w której pojawiają się elektrony niż miony.
Istotność zauważonego zjawiska to 3,1 sigma, co oznacza, iż prawdopodobieństwo, że jest ono zgodne z Modelem Standardowym wynosi 0,1%. Jeśli naruszenie zasady zachowania zapachu leptonów zostanie potwierdzone, wyjaśnienie tego procesu będzie wymagało wprowadzenie nowych podstawowych cząstek lub interakcji, mówi rzecznik prasowy LHCb profesor Chris Parkes z University of Manchester.
Rozpad kwarka powabnego prowadzi do pojawienia się kwarka dziwnego oraz elektronu i antyelektronu lub mionu i antymionu. Zgodnie z Modelem Standardowym w procesie tym pośredniczą bozony W+ i Z0. Jednak naruszenie zasady uniwersalności leptonów wskazuje, że zaangażowana w ten proces może być jakaś nieznana cząstka. Jedna z hipotez mówi, że jest to leptokwark, masywny bozon, który wchodzi w interakcje zarówno z leptonami jak i z kwarkami.
Co istotne, dane z LHCb zgadzają się z danymi z innych anomalii zauważonych wcześniej zarówno w LHCb, jak i obserwowanych od 10 lat podczas innych eksperymentów na całym świecie. Nicola Serra z Uniwersytetu w Zurichu mówi, że jest zbyt wcześnie by wyciągać ostateczne wnioski. Jednak odchylenia te zgadzają się ze wzorcem anomalii obserwowanych przez ostatnią dekadę. Na szczęście LHCb jest odpowiednim miejscem, w którym możemy sprawdzić potencjalne istnienie nowych zjawisk fizycznych w tego typu rozpadach. Musimy przeprowadzić więcej pomiarów.
LHCb to jeden z czterech głównych eksperymentów Wielkiego Zderzacza Hadronów.Jego zadaniem jest badanie rozpadu cząstek zawierających kwark powabny.
Artykuły na temat opisanych tutaj badań zostały opublikowane na stronach arXiv oraz CERN.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.