นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานที่ Large Hadron Collider เว็บสล็อต ระบุว่า การวัดอนุภาคที่ค้นพบแล้วใหม่และแม่นยำนั้นกำลังเขย่าฟิสิกส์
โดย ROGER JONES / THE CONVERSATION | เผยแพร่เมื่อ 9 พฤษภาคม 2022 21:00 น
ศาสตร์
ภาพถ่ายอุโมงค์ LHC
ภายในอุโมงค์ Large Hadron Collider ปี 2019 Brice, Maximilien: CERN
แบ่งปัน
บทความนี้มีเนื้อหาเกี่ยวกับ The Conv e rsation
ในฐานะนักฟิสิกส์ที่ทำงานที่ Large Hadron Collider (LHC) ที่ Cern หนึ่งในคำถามที่พบบ่อยที่สุดที่ฉันถามคือ ต่อต้านการล่อลวงที่จะตอบอย่างประชดประชันว่า “นอกจากฮิกส์โบซอนซึ่งได้รับรางวัลโนเบลและอนุภาคประกอบใหม่อีกจำนวนหนึ่ง” ฉันตระหนักดีว่าเหตุผลที่คำถามถูกโพสต์บ่อยครั้งนั้นมาจากวิธีที่เราแสดงให้เห็นความก้าวหน้าใน ฟิสิกส์อนุภาคสู่โลกกว้าง
เรามักพูดถึงความก้าวหน้าในแง่
ของการค้นพบอนุภาคใหม่ๆ และบ่อยครั้งก็เป็นเช่นนั้น การศึกษาอนุภาคใหม่ที่หนักมากช่วยให้เรามองเห็นกระบวนการทางกายภาพที่อยู่เบื้องล่าง ซึ่งมักจะไม่มีเสียงรบกวนเบื้องหลัง ทำให้ง่ายต่อการอธิบายคุณค่าของการค้นพบนี้ต่อสาธารณชนและนักการเมือง
อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ ชุดของการวัดที่แม่นยำของอนุภาคและกระบวนการมาตรฐานที่ลุ่มซึ่งเป็นที่รู้จักอยู่แล้วได้ขู่ว่าจะเขย่าฟิสิกส์ และเมื่อ LHC พร้อมที่จะวิ่ง ด้วยพลังงานและความเข้มข้นที่สูง กว่าที่เคยเป็นมา ก็ถึงเวลาที่จะเริ่มพูดคุยเกี่ยวกับความหมายในวงกว้าง
อันที่จริง ฟิสิกส์ของอนุภาคดำเนินไปในสองวิธีเสมอ โดยที่อนุภาคใหม่เป็นหนึ่งเดียว อีกวิธีหนึ่งคือการวัดที่แม่นยำมากซึ่งทดสอบการทำนายของทฤษฎีและมองหาความเบี่ยงเบนจากสิ่งที่คาดหวัง
ตัวอย่างเช่น หลักฐานเบื้องต้นสำหรับทฤษฎี
สัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ มาจากการค้นพบความเบี่ยงเบนเล็กน้อยในตำแหน่งที่ชัดเจนของดาวและจากการเคลื่อนที่ของดาวพุธในวงโคจรของมัน
การค้นพบที่สำคัญสามประการ
อนุภาคเชื่อฟังทฤษฎีที่ขัดกับสัญชาตญาณแต่ประสบความสำเร็จอย่างมหาศาลที่เรียกว่ากลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีนี้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคที่มีมวลมากเกินกว่าจะสร้างขึ้นโดยตรงในการชนกันในห้องแล็บยังสามารถมีอิทธิพลต่อสิ่งที่อนุภาคอื่นๆ ทำ (ผ่านสิ่งที่เรียกว่า “ความผันผวนของควอนตัม”) อย่างไรก็ตาม การวัดผลกระทบดังกล่าวมีความซับซ้อนมาก และยากต่อการอธิบายให้สาธารณชนทราบ
แต่ผลลัพธ์ล่าสุดที่บ่งบอกถึงฟิสิกส์ใหม่ที่ไม่สามารถอธิบายได้นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐานนั้นเป็นประเภทที่สอง การศึกษา โดยละเอียด จากการทดลอง LHCb พบว่าอนุภาคที่เรียกว่าบิวตี้ควาร์ก (ควาร์กประกอบขึ้นเป็นโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอม) “สลาย” (แตกเป็นเสี่ยง) เป็นอิเล็กตรอนบ่อยกว่ามิวออน ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่หนักกว่า แต่อย่างอื่นเหมือนกัน พี่น้อง ตามแบบจำลองมาตรฐาน สิ่งนี้ไม่ควรเกิดขึ้น โดยเป็นนัยว่าอนุภาคใหม่หรือแม้แต่พลังแห่งธรรมชาติอาจมีอิทธิพลต่อกระบวนการ
การวัดกระบวนการที่คล้ายคลึงกันซึ่งเกี่ยวข้องกับ “ท็อปควาร์ก” จากการทดลอง ATLAS ที่ LHC แสดงให้เห็นว่าการสลาย นี้เกิดขึ้นในอัตราที่เท่ากัน สำหรับอิเล็กตรอนและมิวออน
ในขณะเดียวกัน การทดลอง Muon g-2 ที่ Fermilab ในสหรัฐอเมริกาได้ทำการ ศึกษาที่แม่นยำมาก ว่ามิวออน “โยกเยก” ขณะที่ “สปิน” (คุณสมบัติควอนตัม) มีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กโดยรอบอย่างไร พบการเบี่ยงเบนเล็กน้อยแต่มีนัยสำคัญจากการคาดคะเนทางทฤษฎีบางอย่าง—อีกครั้งที่บ่งชี้ว่าอาจมีแรงหรืออนุภาคที่ไม่รู้จักทำงาน
ผลลัพธ์ ที่ น่าประหลาดใจล่าสุด คือการวัดมวลของอนุภาคพื้นฐานที่เรียกว่า W bosonซึ่งมีแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอซึ่งควบคุมการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี หลังจากใช้เวลาหลายปีในการวิเคราะห์และวิเคราะห์ข้อมูล การทดลองดังกล่าวที่ Fermilab ยังแนะนำว่าหนักกว่าที่ทฤษฎีคาดการณ์ไว้อย่างมาก โดยเบี่ยงเบนจากปริมาณที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นโดยบังเอิญในการทดลองกว่าล้านล้านครั้ง อีกครั้ง อาจเป็นไปได้ว่าอนุภาคที่ยังไม่ถูกค้นพบกำลังเพิ่มมวลเข้าไป
อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจก็คือ สิ่งนี้ไม่เห็นด้วยกับการวัดที่มีความแม่นยำต่ำกว่าบางส่วนจาก LHC (นำเสนอใน การศึกษานี้ และ อันนี้ ) เว็บสล็อต
