Το πείραμα CMS στο CERN μετράει μια βασική παράμετρο του Καθιερωμένου Προτύπου

Γενεύη, 3 Απριλίου 2024: Την περασμένη εβδομάδα, στο ετήσιο συνέδριο Rencontres de Moriond, η συνεργασία CMS παρουσίασε μια μέτρηση της αποτελεσματικής λεπτονικής ηλεκτροασθενούς γωνίας ανάμειξης. Το αποτέλεσμα είναι η πιο ακριβής μέτρηση που έχει γίνει ποτέ σε επιταχυντή αδρονίων και συμφωνεί καλά με την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου.

© 2024 CERN Το πείραμα CMS.

Με αυτή τη μέτρηση, ο LHC αποδεικνύει και πάλι την ικανότητα του να παρέχει μετρήσεις πολύ υψηλής ακρίβειας και να φέρνει νέες γνώσεις σε ένα παλιό μυστήριο.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής των Σωματιδίων είναι η πιο ακριβής περιγραφή μέχρι σήμερα των σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεών τους. Οι ακριβείς μετρήσεις των παραμέτρων του, σε συνδυασμό με τους ακριβείς θεωρητικούς υπολογισμούς, αποδίδουν θεαματική προβλεπτική ισχύ που επιτρέπει τον προσδιορισμό των φαινομένων ακόμη και πριν παρατηρηθούν άμεσα. Με αυτόν τον τρόπο, το Μοντέλο περιόρισε με επιτυχία τις μάζες των μποζονίων W και Z (ανακαλύφθηκαν στον CERN το 1983), του κορυφαίου κουάρκ (ανακαλύφθηκε στο Fermilab το 1995) και, πιο πρόσφατα, του μποζονίου Higgs (ανακαλύφθηκε στον CERN το 2012). Αφού ανακαλύφθηκαν αυτά τα σωματίδια, αυτές οι προβλέψεις έγιναν έλεγχοι συνέπειας για το Μοντέλο, επιτρέποντας στους φυσικούς να εξερευνήσουν τα όρια της εγκυρότητας της θεωρίας. Ταυτόχρονα, οι ακριβείς μετρήσεις των ιδιοτήτων αυτών των σωματιδίων αποτελούν ένα ισχυρό εργαλείο για την αναζήτηση νέων φαινομένων πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου – της λεγόμενης “νέας φυσικής” – αφού νέα φαινόμενα θα εκδηλώνονταν ως αποκλίσεις μεταξύ διαφόρων μετρηθέντων και υπολογισμένων ποσοτήτων.

Η ηλεκτρασθενής γωνία ανάμειξης είναι βασικό στοιχείο αυτών των ελέγχων συνέπειας. Είναι μια θεμελιώδης παράμετρος του Καθιερωμένου Προτύπου, που καθορίζει πώς η ενιαία ηλεκτρασθενής αλληλεπίδραση προέκυψε από τις ηλεκτρομαγνητικές και ασθενείς αλληλεπιδράσεις μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ηλεκτρασθενικός σπασμός συμμετρίας. Ταυτόχρονα, συνδέει μαθηματικά τις μάζες των μποζονίων W και Z που μεταδίδουν την ασθενή αλληλεπίδραση. Έτσι, οι μετρήσεις των W, Z ή της γωνίας ανάμειξης παρέχουν έναν καλό πειραματικό έλεγχο του Μοντέλου.

Οι δύο πιο ακριβείς μετρήσεις της ασθενούς γωνίας ανάμειξης πραγματοποιήθηκαν σε πειράματα στον επιταχυντή LEP του CERN και στο πείραμα SLD του Κέντρου Επιταχυντών Στάνφορντ (SLAC). Ωστόσο, οι τιμές των μετρήσεων διαφωνούν μεταξύ τους, κάτι που προβλημάτιζε τους φυσικούς για περισσότερο από μια δεκαετία. Το νέο αποτέλεσμα του CMS συμφωνεί καλά με την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου και αποτελεί ένα βήμα προς την επίλυση της ασυμφωνίας μεταξύ της πρόβλεψης και των μετρήσεων των πειραμάτων LEP και SLD.

Σύμφωνα με την εκπρόσωπο του CMS, Patricia McBride, “αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι η φυσική ακριβείας μπορεί να πραγματοποιηθεί και σε επιταχυντές αδρονίων”. Η ανάλυση έπρεπε να λάβει υπόψη το απαιτητικό περιβάλλον του Run 2 του LHC, με μέσο όρο 35 ταυτόχρονες συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου. Αυτό ανοίγει το δρόμο για περισσότερη φυσική ακριβείας στον Επιταχυντή Υψηλής Φωτεινότητας – LHC, όπου θα συγκρούονται ταυτόχρονα πέντε φορές περισσότερα ζεύγη πρωτονίων.

Η ανάλυση έπρεπε να λάβει υπόψη το απαιτητικό περιβάλλον του Run 2 του LHC, με μέσο όρο 35 ταυτόχρονες συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου. Αυτό ανοίγει το δρόμο για περισσότερη φυσική ακριβείας στον Επιταχυντή Υψηλής Φωτεινότητας – LHC, όπου θα συγκρούονται ταυτόχρονα πέντε φορές περισσότερα ζεύγη πρωτονίων.

Patricia McBride, Εκπρόσωπος του CMS

Οι ακριβείς δοκιμές των παραμέτρων του Καθιερωμένου Προτύπου αποτελούν παραδοσιακά πεδίο των επιταχυντών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, όπως ο LEP του CERN, ο οποίος λειτουργούσε μέχρι το έτος 2000 στη σήραγγα που σήμερα στεγάζει τον LHC. Οι συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων παρέχουν ένα τέλειο και καθαρό περιβάλλον για τέτοιες μετρήσεις υψηλής ακρίβειας. Οι συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου στον LHC είναι πιο απαιτητικές για τέτοιου είδους μελέτες, παρόλο που τα πειράματα ATLAS, CMS και LHCb έχουν ήδη παράσχει πληθώρα νέων μετρήσεων εξαιρετικής ακρίβειας. Η πρόκληση οφείλεται κυρίως στα τεράστια φόντα από άλλες φυσικές διεργασίες εκτός από αυτή που μελετάται και στο γεγονός ότι τα πρωτόνια, σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια, δεν είναι στοιχειώδη σωματίδια. Για το νέο αυτό αποτέλεσμα, η επίτευξη ακρίβειας παρόμοιας με εκείνη ενός επιταχυντή ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων φαινόταν σαν ένας αδύνατος στόχος, ο οποίος όμως τώρα επιτεύχθηκε.

Η μέτρηση που παρουσιάστηκε από το CMS χρησιμοποιεί ένα δείγμα συγκρούσεων πρωτονίου-πρωτονίου που συλλέχθηκε από το 2016 έως το 2018 σε ενέργεια κέντρου μάζας 13 TeV και αντιστοιχεί σε μια συνολική ολοκληρωμένη φωτεινότητα 137 fb^-1, που σημαίνει περίπου 11.000 εκατομμύρια εκατομμύρια συγκρούσεις!

Η γωνία ανάμειξης προσδιορίζεται μέσω ανάλυσης κατανομών γωνίας σε συγκρούσεις όπου παράγονται ζεύγη ηλεκτρονίων ή μιονίων. Αυτή είναι η πιο ακριβής μέτρηση που έχει γίνει ποτέ σε επιταχυντή αδρονίων έως σήμερα, βελτιώνοντας προηγούμενες μετρήσεις από τα ATLAS, CMS και LHCb.

Διαβάστε περισσότερα:

Σχετικά με το CERN:
Το CERN, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας, είναι ένα από τα κορυφαία εργαστήρια στον κόσμο για τη σωματιδιακή φυσική. Ο Οργανισμός βρίσκεται στα γαλλοελβετικά σύνορα, με έδρα τη Γενεύη. Τα κράτη μέλη του είναι: Αυστρία, Βέλγιο, Βουλγαρία, Τσεχία, Δανία, Φινλανδία, Γαλλία, Γερμανία, Ελλάδα, Ουγγαρία, Ισραήλ, Ιταλία, Ολλανδία, Νορβηγία, Πολωνία, Πορτογαλία, Ρουμανία, Σερβία, Σλοβακία, Ισπανία, Σουηδία, Ελβετία και το Ηνωμένο Βασίλειο. Η Κύπρος, η Εσθονία και η Σλοβενία είναι συνδεδεμένα κράτη μέλη στο προ στάδιο της ένταξης. Η Κροατία, η Ινδία, η Λετονία, η Λιθουανία, το Πακιστάν, η Τουρκία και η Ουκρανία είναι συνδεδεμένα κράτη μέλη. Η Ιαπωνία και οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής έχουν επί του παρόντος καθεστώς Παρατηρητή, όπως και η Ευρωπαϊκή Ένωση και η UNESCO. Το καθεστώς παρατηρητή της Ρωσικής Ομοσπονδίας και του JINR αναστέλλεται σύμφωνα με τα ψηφίσματα του Συμβουλίου του CERN της 8ης Μαρτίου 2022 και της 25ης Μαρτίου 2022, αντίστοιχα.

Αφήστε μια απάντηση

Κάντε κύλιση στην κορυφή