Unerwartete Bosonenmessung bedroht das Standardmodell der Physik

Nach einem Jahrzehnt genauer Messungen gaben Wissenschaftler am Donnerstag bekannt, dass das fundamentale Teilchen – W Boson Sie hat eine viel größere Masse als die Theorie, die die Grundlagen unseres Verständnisses der Funktionsweise des Universums erschüttert.

Diese Grundlagen basieren auf Standardform In der Teilchenphysik ist es die beste Theorie, die Wissenschaftler haben, um die Grundbausteine ​​des Universums zu beschreiben und welche Kräfte sie kontrollieren.

Das W-Boson regiert die sogenannte schwache Kraft, eine der Vier Grundkräfte Natur und damit eine Säule des Standardmodells.

Aber eine neue Suche Veröffentlicht in Wissenschaft Er sagte, dass die genauere Messung des W-Bosons den Vorhersagen des Modells direkt widerspreche.

Ashutosh Kotwal, der Physiker an der Duke University, der die Studie leitete, sagte gegenüber AFP, dass mehr als 400 Wissenschaftler über 10 Jahre gebraucht hätten, um vier Millionen Kandidatenbosonen aus „einem Datensatz von etwa 450 Billionen Kollisionen“ zu untersuchen.

Diese Kollisionen – die durch das Zusammenschlagen von Partikeln mit schwindelerregender Geschwindigkeit zu Studienzwecken auftraten – wurden von gemacht Tevatron-Collider im US-Bundesstaat Illinois.

Der Teilchenbeschleuniger war bis 2009 der leistungsstärkste der Welt, als er ihn ersetzte Large Hadron Collider In der Nähe von Genf, das für die Beobachtung berühmt ist Higgs-Boson Nach ein paar Jahren.

Tevatron hörte 2011 auf zu arbeiten, aber Wissenschaftler von Collider Detector in Fermilab (CDF) haben seitdem die Zahlen berechnet.

Diagramm, das die fundamentalen Teilchen des Standardmodells zeigt. (Wissenschaftsalarm)

Die „Risse“ im Modell

Das Standardmodell ist „wahrscheinlich die erfolgreichste wissenschaftliche Theorie, die jemals niedergeschrieben wurde“, sagte Harry Cliff, ein Teilchenphysiker an der Universität Cambridge, der am Large Hadron Collider arbeitet.

„Es kann fantastisch genaue Vorhersagen machen“, sagte er. Aber wenn sich diese Vorhersagen als falsch erweisen, kann nicht nur das Modell modifiziert werden.

„Es ist wie ein Kartenhaus, wenn man so sehr an einem Stück davon zieht, fällt alles auseinander“, sagte Cliff gegenüber AFP.

Das Standardmodell ist nicht ohne Probleme.

Zum Beispiel nicht berücksichtigt Dunkle Materiewas zusammen mit dunkle Energie Es wird angenommen, dass es 95 Prozent des Universums ausmacht. Es sagt auch, dass das Universum überhaupt nicht existieren muss, weil die große Explosion Er hätte sich selbst ausrotten sollen.

Außerdem seien im Modell „vor kurzem einige Risse entdeckt worden“, sagten die Physiker in einer Begleitnachricht Wissenschaft Artikel – Ware.

„In diesem Rahmen von Hinweisen, dass es im Standardmodell fehlende Teile gibt, haben wir einen weiteren sehr wichtigen und ziemlich substanziellen Beweis geliefert“, sagte Cotwal.

„Dies ist entweder eine große Entdeckung oder ein Problem bei der Datenanalyse“, sagte Jean Starck, Physiker und Forschungsdirektor am französischen CNRS-Institut, und erwartet „eine hitzige Diskussion in den kommenden Jahren“.

„Außergewöhnliche Anschuldigungen erfordern außergewöhnliche Beweise“, sagte er der Nachrichtenagentur AFP.

‚Große Sache‘

CDF-Wissenschaftler sagten, sie hätten die Masse des W-Bosons mit einer Genauigkeit von 0,01 Prozent bestimmt – doppelt so genau wie frühere Versuche.

Sie verglichen es mit einem Gorilla mit einem Gewicht von 350 Kilogramm (800 Pfund) und 40 Gramm (1,5 Unzen).

Sie fanden heraus, dass sich das Boson um sieben Standardabweichungen, auch Sigma genannt, von der Vorhersage des Standardmodells unterscheidet.

Cliff sagte, wenn Sie eine Münze werfen würden, „stehen die Chancen, durch dummes Glück ein Five-Sigma-Ergebnis zu erzielen, bei eins zu dreieinhalb Millionen.“

„Wenn das stimmt und es sich nicht um eine systematische Verzerrung oder ein Missverständnis bei der Durchführung der Berechnungen handelt, ist dies eine große Sache, denn es bedeutet, dass es eine neue, grundlegende Komponente in unserem Universum gibt, die wir zuvor noch nicht entdeckt haben“, sagte er .

„Aber wenn Sie etwas so Großes sagen, wie wir das Standardmodell der Teilchenphysik gebrochen haben und es neue Teilchen zu entdecken gibt, um die Leute davon zu überzeugen, dass Sie wahrscheinlich mehr als eine Messung aus mehr als einem Experiment benötigen.“

„Es liegt nun an der Gemeinschaft der theoretischen Physik und anderen Experimenten, dem nachzugehen und Licht in dieses Mysterium zu bringen“, sagte CDF-Sprecher David Tupac.

Und nach einem Jahrzehnt der Messungen muss Kotwal noch hergestellt werden.

„Wir folgen den Hinweisen und scheuen keine Mühe, ohne es umzudrehen, damit wir herausfinden, was das bedeutet.“

© AFP