Історичне досягнення у виявленні фундаментальних сил Всесвіту на Великому адронному колайдері

Дослідники з Університету Рочестера співпрацюють із CMS Collaboration on ЦЕРНМи досягли значного прогресу у вимірюванні кута електрослабкого змішування, покращуючи наше розуміння Стандартної моделі фізики елементарних частинок.

Їхня робота допомагає пояснити фундаментальні сили Всесвіту, підтверджені такими експериментами, як експерименти на Великому адронному колайдері, які досліджують умови, подібні до тих, що виникли після великий вибух.

Розкрийте космічні таємниці

У пошуках розгадки таємниць Всесвіту дослідники з Рочестерського університету десятиліттями брали участь у міжнародній співпраці в Європейській організації ядерних досліджень, відомої як CERN.

Спираючись на свою широку участь у CERN, особливо в рамках співпраці CMS (Compact Muon Solenoid), команда Рочестера під керівництвом Арі Будека, Джорджа Е. Бак – недавнє новаторське досягнення. Їхні досягнення зосереджені на вимірюванні кута електрослабкого змішування, фундаментального компонента Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Ця модель описує, як частинки взаємодіють, і точно передбачає широкий спектр явищ у фізиці та астрономії.

«Останні вимірювання кута змішування електрослабкої сили неймовірно точні, оскільки вони були розраховані на основі зіткнень протонів у CERN, і вони сприяють розумінню фізики елементарних частинок», — каже Будік.

в Співпраця в системі управління контентом CMS Collaboration об’єднує членів спільноти фізиків елементарних частинок з усього світу, щоб краще зрозуміти фундаментальні закони Всесвіту. Крім Бодека, до Рочестерської групи в проекті CMS Collaboration входять головні дослідники Регіна Деміна, професор фізики, і Аран Гарсіа Беллідо, доцент фізики, а також наукові співробітники та аспіранти та студенти.

Дослідники з Університету Рочестера мають довгу історію роботи в ЦЕРН у рамках співпраці з компактними мюонними соленоїдами (CMS), зокрема відіграли ключову роль у відкритті бозона Хіггса в 2012 році. Авторське право: Семюель Джозеф Герцог; Юліан Маріус Урдан

Спадщина відкриттів та інновацій у CERN

ЦЕРН, розташований у Женеві, Швейцарія, є найбільшою у світі лабораторією фізики елементарних частинок і відомий своїми новаторськими відкриттями та передовими експериментами.

Дослідники з Рочестера мають довгу історію роботи в CERN у рамках співпраці CMS, зокрема відіграючи ключові ролі в… Відкриття бозона Хіггса в 2012 році– Елементарна частинка, яка допомагає пояснити походження маси у Всесвіті.

Робота колаборації включає збір та аналіз даних, зібраних з мюонного соленоїдного детектора, вбудованого у Великий адронний колайдер CERN, найбільший і найпотужніший у світі прискорювач частинок. LHC складається з кільця надпровідних магнітів і прискорювачів довжиною 17 миль, побудованих під землею, і тягнеться вздовж кордону між Швейцарією та Францією.

Основна мета LHC — дослідити основні будівельні блоки матерії та сили, які ними керують. Це досягається шляхом прискорення пучків протонів або іонів майже до швидкості світла та зіткнення один з одним при надзвичайно високих енергіях. Ці зіткнення відтворюють умови, подібні до тих, що існували через мілісекунди після Великого вибуху, що дозволяє вченим вивчати поведінку частинок в екстремальних умовах.

Демонтаж об’єднаних сил

У 19 столітті вчені виявили, що різні сили електрики та магнетизму взаємопов’язані: електричне поле, що змінюється, створює магнітне поле, і навпаки. Це відкриття лягло в основу електромагнетизму, який описує світло як хвилю та пояснює багато явищ в оптиці, а також описує взаємодію електричних і магнітних полів.

Спираючись на це розуміння, фізики в 1960-х роках виявили, що електромагнетизм пов’язаний з іншою силою – слабкою силою. Слабка сила діє в ядрі атомів і відповідає за такі процеси, як радіоактивний розпад і стимулювання виробництва енергії на Сонці. Це відкриття призвело до розвитку електрослабкої теорії, яка стверджує, що електромагнетизм і слабка сила насправді є низькоенергетичними проявами єдиної сили, яка називається єдиною електрослабкою взаємодією. Ключові відкриття, такі як бозон Хіггса, підтвердили цю концепцію.

Розвиток електрослабкої взаємодії

Команда CMS нещодавно зробила одне з найточніших вимірювань цієї теорії, проаналізувавши мільярди зіткнень протонів на Великому адронному колайдері CERN. Вони зосередилися на вимірюванні кута слабкого змішування, параметра, який описує, як електромагнетизм і слабка сила змішуються разом, утворюючи частинки.

Попередні вимірювання кута електрослабкого змішування викликали суперечки в науковому співтоваристві. Однак останні результати дуже узгоджуються з прогнозами Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Аспірант Рочестера Райс Таус і докторант Аліко Хохонішвілі запровадили нові методи для зменшення методологічної невизначеності, притаманної цим вимірюванням, підвищивши його точність.

Розуміння слабкого кута змішування проливає світло на те, як різні сили у Всесвіті працюють разом у найдрібніших масштабах, поглиблюючи розуміння фундаментальної природи матерії та енергії.

«Команда Рочестера розробляє інноваційні методи та вимірювання цих електрослабких параметрів з 2010 року, а потім реалізує їх на Великому адронному колайдері, — говорить Будік. — Ці нові методи проголосили нову еру перевірки точності прогнозів стандартної моделі».

CMS Collaboration — це міжнародна наукова співпраця, відповідальна за експеримент із компактним мюонним соленоїдом (CMS) на Великому адронному колайдері Європейської організації ядерних досліджень (CERN). Співпраця об’єднує понад 4000 вчених із понад 200 установ і 50 країн, які проводять дослідження в галузі фізики високих енергій, досліджуючи частинки та фундаментальні сили, включаючи знамените відкриття бозона Хіггса в 2012 році.