Site Loader

Содержание

Действительно ли мир стоит на пороге открытия «новой физики»?

Пятнадцать лет назад физики из Брукхейвенской национальной лаборатории обнаружили нечто удивительное. Мюоны – тип субатомных частиц – двигались неожиданными образом, что не соответствовало теоретическим предсказаниям. С тех пор физики пытались понять почему. Недавно группа исследователей из Fermilab занялась экспериментальной стороной вопроса и 7 апреля 2021 года опубликовала результаты, подтверждающие первоначальное измерение. Ряд исследователей, однако, придерживается другого подхода, полагая, что никакой «новой физики» на горизонте нет. Так, команда ученых в рамках сотрудничества Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration попробовала выяснить, не было ли старое теоретическое предсказание неверным. Для расчета взаимодействия мюонов с магнитными полями был использован новый метод. Если расчеты исследователей верны, то никакого расхождения между теорией и экспериментом нет, как и не открытой силы природы.

Физика переживает интересные времена – одни исследования показывают, что возможно существует неизвестная науке сила природы, а другие свидетельствуют, что Стандартная модель по-прежнему непоколебима.

Мюон и Стандартная модель

Хотя это и не очевидно, но мюоны – более тяжелые и нестабильные сестры электрона – окружают нас со всех сторон. Создаются эти субатомные частицы, например, при столкновении космических лучей с частицами в атмосфере нашей планеты. Интересно, что мюоны могут проходить сквозь материю, а ученые используют их для исследования недоступных внутренних структур – от гигантских вулканов до египетских пирамид.

Мюоны, как и электроны, обладают электрическим зарядом и генерируют крошечные магнитные поля. Сила и ориентация этого магнитного поля называется магнитным моментом.

Почти все во Вселенной, от строения атомов до работы компьютеров и движения галактик, можно описать с помощью четырех взаимодействий: гравитации; электромагнетизма; слабого взаимодействия, отвечающего за радиоактивный распад; сильного взаимодействия, отвечающего за удержание протонов и нейтронов в ядре атома. Эту структуру ученые называют Стандартной моделью физики элементарных частиц.

Интересно, что все взаимодействия Стандартной модели вносят в свой вклад в магнитный момент мюона, но каждое из них делает это несколькими различными способами, определить которые оказалось невероятно трудно.

Мюоны, обнаруженные в космических лучах, переполошили научное сообщество и даже широкую общественность.

«Большинство явлений в природе можно объяснить с помощью Стандартной модели, – отмечает Золтан Фодор, профессор физики в Пенсильванском университете и руководитель исследовательской группы. «Мы можем предсказать свойства частиц чрезвычайно точно, основываясь только на этой теории, поэтому, когда теория и эксперимент не совпадают, мы рассматриваем вероятность того, что обнаружили что-то новое, что-то за пределами Стандартной модели».

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Магнетическая тайна

В прошлом для расчета магнитного момента мюона физики использовали смешанный подход – они собирали данные о столкновениях между электронами и позитронами – противоположностью электронов – и использовали их для вычисления вклада сильного взаимодействия в магнитный момент мюона. Этот подход использовался для дальнейшего уточнения оценки в течение десятилетий. Последние результаты относятся к 2020 году и дают очень точную оценку.

В исследовании, опубликованном 6 апреля в журнале Nаture, физики применили новый подход, который дает оценку напряженности магнитного поля мюона и близко соответствует его экспериментальному значению. Примечательно, что ученые использовали полностью проверенную теорию, которая была полностью независима от опоры на экспериментальные измерения.

«Мы начали с довольно простых уравнений и построили всю оценку с нуля», – пишут исследователи. Новые вычисления потребовали сотен миллионов процессорных часов в нескольких суперкомпьютерных центрах Европы и привели теорию в соответствие с измерениями.

Читайте также: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Физики использовали более интенсивный источник мюонов, что дало им более точный результат, который почти идеально соответствовал старому измерению.

Полученные данные существенно сокращают разрыв между теорией и экспериментальными измерениями и, если являются верными, подтверждают главенство Стандартной модели, которая десятилетиями руководила физикой элементарных частиц. Но история на этом не заканчивается, так как теперь полученные результаты должны быть перепроверены другими исследовательскими группами. Но что в итоге?

Новые эксперименты

Важно понимать, что для открытия Новой физики, выходящей за рамки Стандартной модели, существует научный консенсус – расхождение между теорией и измерением должно достигать пяти сигм — статистической меры, которая приравнивается к вероятности примерно 1 к 3,5 миллионам.

Это интересно: Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия «новой физики»

В случае мюона измерения его магнитного поля отклонялись от существующих теоретических предсказаний примерно на 3,7 сигмы. Это, безусловно, интригующе, но недостаточно для того, чтобы объявить о крахе Стандартной модели. Так что в будущем исследователи намереваются улучшить как измерения, так и теорию в надежде либо примирить теорию и измерение, либо увеличить сигму до уровня, который позволил бы объявить об открытии Новой физики.

Физика — Новости науки

Насколько нам известно еще из школьного курса физики, ядра атомов состоят всего из двух компонентов, протонов и нейтронов. Однако, даже изменение на единицу количества нейтронов … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Исследователи из Сколтеха и Саутгемптонского университета продемонстрировали полностью оптический метод создания искусственных решеток, в узлах которых расположены экситон-поляритоны — квазичастицы в полупроводниках, состоящие одновременно из … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Ученым-физикам впервые за всю историю науки удалось создать вихревой атомарный луч, своего рода закрученный «торнадо» из атомов и молекул, обладающий некоторыми удивительными квантовыми свойствами, которые … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

В прошлом году один из экспериментальных датчиков, предназначенный изначально для поисков частиц загадочной темной материи, зарегистрировал весьма странный сигнал, в котором присутствовали намеки на существование некоей новой … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Космология, Физика

Постоянная тонкой структуры примерно в 10 раз превышает ее нормальное значение в материале, называемом квантовым спиновым льдом,- пишет sciencenews.org.  Новый расчет намекает, что квантовый спиновый лед … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Ученые Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие в рамках эксперимента LHCb, объявили об обнаружении новой элементарной частицы, получившей название TCC+ и относящейся к семейству тетракварков. … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Ученые Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие в рамках эксперимента ATLAS на Большом Адронном Коллайдере (БАК), произвели экспериментальную проверку одного из основополагающих принципов Стандартной модели … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Группе исследователей из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (Swiss Federal Institute of Technology, ETH Zurich) впервые в истории науки удалось сформировать на поверхности полупроводникового … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Группа физиков-теоретиков из университета Ланкастера и Имперского колледжа в Лондоне провела эксперимент, продемонстрировавший, что некоторые из фундаментальных законов физики перестают работать в точке сингулярности, реальным … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Антиматерия, насколько нам известно, является идеальным «зеркальным отражением» обычной материи, единственная реальная разница между этими двумя антиподами — это противоположные электрические заряды. И, когда частица … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Международная команда ученых усовершенствовала метод птихографии, что позволило подобраться к физическим ограничениям его разрешающей способности. В полученной ими картинке видны отдельные атомы, а немногие искажения … Подробнее →

Метки Нанотехнологии, Физика

Физики из Центра исследований тяжелых ионов в китайском городе Ланьчжоу получили новый изотоп урана. Его массовое число — 214, то есть это самый легкий изотоп этого … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Ученые из Московского физико-технического института, МИСиС, Российского квантового центра, Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики имени Н. Л. … Подробнее →

Метки IT, Технологии, Физика

Международная группа физиков, в которую вошел руководитель лаборатории оптики спина СПбГУ профессор Алексей Кавокин, впервые экспериментально показала, как в тончайшей одноатомной пленке кристалла-полупроводника формируется конденсат … Подробнее →

Метки IT, Технологии, Физика

После нескольких десятилетий тщетных усилий, ученым-физикам, наконец, удалось увидеть эфемерное образование, квазичастицу, называемую экситоном. Полученное учеными изображение экситона позволяет определить истинное местоположение, которое занимает электрон в структуре … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Физики создали новый тип искусственных нейронов, которые по принципу работы похожи на синапсы нервных клеток мозга. Они смогли продемонстрировать нечто вроде условного рефлекса. Разработчики надеются, что … Подробнее →

Метки IT, Технологии, Физиология

Ученые НИТУ «МИСиС» в составе международной группы исследователей доказали возможность эффективного взаимодействия между микроволновыми фотонами. В ходе эксперимента исследователи создали условия для их взаимодействия через … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Технологии, Физика

Ученые впервые охладили атомы антиводорода с помощью лазера. Они получили гораздо более холодное антивещество, чем когда-либо прежде. Результаты позволяют проводить более точные исследования реакции антивещества … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Большой Адронный Коллайдер (БАК), самый большой и мощный ускоритель частиц на сегодняшний день, изначально создавался для исследований явлений и процессов, находящихся на самом краю или за гранью … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Ученые-физики, работающие на Большом Адроном Коллайдере, отмечают событие, связанное с долгожданным открытием оддерона (odderon), странной неуловимой частицы, которая появляется на очень короткое время при столкновениях … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Международная группа ученых под руководством профессора Сколтеха и НИТУ МИСиС Артема Оганова и доктора Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН теоретически и экспериментально исследовала новый … Подробнее →

Метки Технологии, Физика

Ученые международной коллаборации CMS ( Compact Muon Solenoid) на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, куда входят исследователи из Московского физико-технического института, Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Группа исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли использовала один из существующих квантовых компьютеров для успешного проведения моделирования процессов, происходящих при столкновениях элементарных частиц. Другими словами, … Подробнее →

Метки Квантовая механика, Физика

Ученые-физики из университета Базеля, Швейцария, и Рурского университета в Бохуме, Германия, разработали источник единичных фотонов нового типа, который способен вырабатывать в одну секунду миллиарды этих квантовых … Подробнее →

Метки Нанотехнологии, Физика

В магнитных свойствах мюонов открыли почти неоспоримые следы «новой физики” — Наука

ТАСС, 7 апреля. Представители проекта Muon g-2 огласили первые результаты измерений магнитных свойств мюонов. Они указали, что в поведении этих частиц есть почти неоспоримые следы «новой физики» – то есть явлений, которые не описывает основная теория физики элементарных частиц – так называемая Стандартная модель. Об этом рассказал официальный представитель проекта Крис Полли, выступая на онлайн-брифинге для журналистов.

На эту тему

«Мы двадцать лет ожидали этого результата. Он критически важен для понимания того, что именно было причиной расхождения в измерениях 20-летней давности и предсказаниях Стандартной модели. Мы удвоили точность измерений и не нашли ничего, что противоречило бы прошлым результатам. Это дает большие надежды на открытие «новой физики» в поведении мюонов», – рассказал ученый.
 
За последние два десятилетия ученые открыли множество намеков на существование «новой физики» за пределами Стандартной модели – теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных науке элементарных частиц. Одной  из самых первых и известных аномалий такого рода стал необычный характер «намагниченности» мюона – элементарной частицы с отрицательным зарядом, которая относится к тому же семейству, что и электрон. Предположительно, эти частицы взаимодействуют с магнитными полями не так, как на это указывают Стандартная модель и теоретические расчеты, которые основываются на измерениях магнитных характеристик электронов.

Первые свидетельства подобных расхождений ученые заметили более 20 лет назад. Тогда опыты на ускорителе AGS в американской Брукхейвенской национальной лаборатории указали, что мюоны вращаются в магнитном поле быстрее, чем это предсказывает теория. Следующие 20 лет физики потратили на перепроверку этих результатов на других ускорительных установках.

 
Один из самых больших проектов такого рода, Muon g-2, был запущен в 2017 году в американской лаборатории Ферми, куда почти десять лет назад перевезли магнит и некоторые другие компоненты AGS. Сегодня участники проекта рассказали о первых результатах наблюдений, в которые вошли итоги анализа данных, собранных в ходе первого из четырех циклов работы установки.

На эту тему

По словам Полли, новые измерения не только подтвердили результаты, полученные более двадцати лет назад, но и повысили уровень их статистической значимости до 4,2 сигма. Это эквивалентно тому, если бы ученые получили подобный результат, совершив одну случайную ошибку на 37 тыс. попыток. 

По словам физика, это очень обнадеживающий результат. Однако для окончательного подтверждения нужно достичь уровня достоверности в 5 сигма. Ученые надеются, что достигнут этой отметки после анализа данных, уже собранных в рамках второго и третьего цикла работы ускорителя.

Если эти результаты подтвердятся, это откроет дорогу для поиска других проявлений этой аномалии в поведении элементарных частиц, а также возможных объяснений ее существованию, подытожил Полли.

Физики стоят на пороге одного из главных открытий XXI века — Российская газета

Наука на пороге выдающегося открытия. Возможно, одного из самых «громких» в XXI веке. Оптимисты уже говорят, что будет дан старт новой физике, как это произошло в XX веке, когда «рядом» с физикой Ньютона была создана квантовая. Сейчас надежды связаны с сенсационными экспериментами, которые проводят ученые на ускорителе в научном центре под Чикаго. Их результаты дают шанс на революционный прорыв. Почему? Дело в том, что после открытия «божественного» бозона Хиггса была закрыта последняя страница знаменитой Стандартной модели, которая описывает все элементарные частицы. (Эта модель признана одним из самых важных достижений науки прошлого века.) А значит, физикам уже больше не на что надеяться, никаких прорывных открытий они в этой научной области не сделают, своих Нобелей не получат. Стандартная модель как глыба стоит на пути, не позволяя даже надеться на прорывы.

Но, как всегда бывает в науке, находятся «еретики», которые ищут варианты поколебать каноны. Скажем, периодически появляются сообщения, что проведен эксперимент, который поколебал Стандартную модель. Что полученные данные в нее не вписываются, а потому надо строить новую физику. Однако проходит время, сенсационные данные проверяются новыми экспериментами, и появляется опровержение. А «стандарт» по-прежнему остается незыблемым.

Но последний эксперимент в центре под Чикаго может кардинально изменить ситуацию. А один из руководителей исследования профессор Марк Ланкастер заявил: «Мы в восторге, что наши данные не согласуются со Стандартной моделью, это открывает будущее с новыми законами физики, новыми частицами и новыми, невиданными до сих пор силами».

Речь идет об открытии в природе новой силы или пятого фундаментального взаимодействия. Сегодня науке их известно четыре: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Именно они определяют взаимодействие всех объектов и частиц во Вселенной.

Само существование всего четырех этих видов поражает, учитывая, что они отвечают за все фантастическое многообразие явлений в природе. Напомним, что многие великие ученые пытались создать единую «теорию всего», объединить четыре взаимодействия. А Альберт Эйнштейн посвятил этому большую часть своей жизни.

Полученные данные открывают будущее с новыми законами физики, невиданными до сих пор силами

И вот сейчас появился шанс на прорыв — открытие пятого взаимодействия. В чем суть эксперимента? На ускорителе в лаборатории имени Ферми изучаются мюоны. Эти элементарные частицы похожи на электроны, только в 200 раз тяжелее. Они разгоняются по 14-метровому кольцу в коллайдере под воздействием мощного магнитного поля. Ученые измеряли у этих частиц аномальный магнитный момент. И тут их ждал приятный сюрприз: он не совпадал с тем, что давали расчеты по Стандартной модели. Правда, есть нюанс: на данный момент важнейший показатель достоверности измерений составляет 4,1 сигма, а для признания открытия требуется 5 сигма. Подобные случаи уже не раз бывали, когда физики пытались атаковать Стандартную модель, но последующие эксперименты не подтверждали сенсацию, так как «пятерки» так и не удавалось достичь. Но сейчас есть принципиальное отличие. Это уже второй эксперимент, который принес сенсационный результат, который не вписывается в Стандартную модель. То есть он не опроверг, а подтвердил первый. А это, по мнению многих ученых, дает шанс на выдающееся открытие. И конечно, на новые Нобели. Возможно, даже россыпь наград, как это произошло в XX веке с создателями квантовой физики.

Комментарий

Валерий Рубаков, академик:

О том, что с данными по аномальному магнитному моменту мюона не все в порядке, ученые знают уже довольно давно. Они были получены на ускорителе в американской Брукхейвенской национальной лаборатории. Потом оттуда эту технику перевезли в центр имени Ферми, где сейчас повторили эксперимент. Когда он тоже показал отклонение момента от расчетной величины, это дало надежду на существование новой силы. Конечно, это пока не открытие, надо довести достоверность до 5 сигма, но ученые очень вдохновлены, почувствовали, что ухватились за «золотую жилу». Они наверняка повысят точность измерений и будут многократно гонять этот эксперимент в надежде все же получить заветные 5 сигма.

Но у меня есть одно сомнение, связанное не с самим экспериментом, а с исходной цифрой аномалии магнитного момента мюона, который рассчитан в Стандартной модели. Собственно, с ней и сравниваются результаты эксперимента. Возможно, сами расчеты не совсем точные. Дело в том, что там есть эффекты, вклад которых небольшой, и они трудно поддаются расчету. Поэтому могут возникнуть погрешности вычислений. А значит, сама величина момента, с которой мы сравниваем, может быть не точна. Так это или нет? Наука будет разбираться. Но то, что последние результаты сильно подогрели энтузиазм многих ученых, несомненно.

Долгожданный прорыв? Открытие на БАК указывает на новую физику

Исследователи, работающие с Большим адронным коллайдером, обнаружили процесс, который невозможно объяснить известными физическими законами. Пока ещё есть вероятность, что это просто ошибка эксперимента. Но, если открытие подтвердится, это будет долгожданный прорыв за пределы привычной физики.

Большой адронный коллайдер – самый большой ускоритель в мире. За годы своей работы он помог обнаружить не менее 60 новых частиц, включая знаменитый бозон Хиггса, а также сделать другие интересные открытия. Однако все результаты этих экспериментов согласовывались со Стандартной моделью физики элементарных частиц – ведущей теорией в этой области знаний.

С одной стороны, это говорит о том, что теоретики действительно многое знают об устройстве мира. Вместе с тем даже Стандартная модель наверняка описывает лишь часть законов, управляющих элементарными частицами. Поэтому учёным не терпится обнаружить хоть что-нибудь, выходящее за её рамки, чтобы построить ещё более глубокую и полную теорию.

И теперь, возможно, эта мечта осуществилась благодаря LHCb – одному из четырёх основных детекторов БАК. Команда, работающая с этой установкой, обнаружила нечто странное.

Речь идёт о распаде b-кварка. Это одна из шести разновидностей кварков – фундаментальных «кирпичиков», из которых состоят многие частицы, включая известные всем со школьной скамьи протоны и нейтроны.

Поясним, что b-кварк при распаде может испускать электрон и его античастицу позитрон или же мюон и антимюон.

Стандартная модель утверждает, что эти два вида распада должны происходить одинаково часто. Однако эксперименты, проведённые на детекторе LHCb, показывают, что это не так. Один вид распада почему-то реализуется чаще другого.

Возможно, в распаде b-кварка участвуют частица или взаимодействие, не предусмотренное Стандартной моделью? Тогда оно и склоняет чашу весов в пользу одного из двух вариантов. Если так, то это великое открытие, требующее создания новой физики.

Однако надёжность полученного результата пока не слишком высока: 3,1 сигмы. В переводе на общечеловеческий язык это означает следующее: вероятность того, что эти экспериментальные данные – лишь случайная комбинация шумов, составляет 1 к 1000. Она может показаться мизерной, но история физики знает немало случаев, когда именно так и случалось.

Золотой стандарт в физике элементарных частиц – это надёжность 5 сигм. В этом случае вероятность случайного ложного результата составляет лишь 1 к 3,5 миллиона.

Физики уже обработали все данные о распаде b-кварка, накопленные коллаборацией LHCb. Сейчас они анализируют информацию о других, но связанных с ним процессах в надежде повысить точность своего результата.

Кроме того, уже в 2022 году коллайдер должен быть снова запущен после модернизации, которая увеличит его светимость. А это значит, что сбор данных возобновится, причём увеличенными темпами. И мы узнаем, с чем учёные столкнулись на этот раз – с долгожданным осуществлением мечты или очередным призраком открытия, который рассеется как дым.

Препринт научной статьи с результатами исследования опубликован на сайте arXiv.org. Теперь эта публикация должна пройти рецензирование независимыми экспертами.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, что физики и раньше находили в результатах работы Большого адронного коллайдера намёки на новую физику.

Дважды очарованный: физик рассказал об уникальных свойствах новой частицы материи

Заведующий лабораторией Института ядерной физики им. Г.И. Будкера академик РАН Александр Бондарь, который входит в состав международной группы, ранее обнаружившей новую частицу материи — тетракварк Tcс+, объяснил значение открытия. Как подчеркнул физик в беседе со «Звездой», новый объект даст дополнительную информацию об устройстве сильных взаимодействий.

Академик РАН отметил, что из-за своих особенностей обнаруженная частица в некотором смысле является новой формой материи.

«Тот объект, или та частица, которую мы обнаружили, очень необычна, наглость сказать, что в каком-то смысле это новая форма материи. Эта частица состоит из двух тяжелых кварков, мы этот кварк называем чармованный, или очарованный, если более литературно. Два очарованных кварка и два легких —  анти u-кварк и анти d-кварк», — пояснил Бондарь.

Он сказал, что подобных объектов раньше никто не наблюдал. Физик добавил, что строение частицы позволяет говорить о ряде уникальных свойств, которыми он обладает, однако характеристики тетракварка Tcс+ предстоит установить в ходе новых исследований.

Ученый отметил, что в современной физике до сих пор есть вопросы относительно процессов удержания кварков внутри одной частицы, и восполнить эти белые пятна поможет экзотический тетракварк Tcс+.

«Открытие поможет лучше понимать, как устроено сильное взаимодействие, взаимодействие между кварками. Дело в том, что современная наука достаточно хорошо понимает, как кварки взаимодействуют на очень малых расстояниях, много меньше ядра, и сталкивается с трудностями, когда расстояние между взаимодействующими кварками большое, порядка размера ядра или даже больше», — указал ученый.

Физик добавил, что открытие новой частицы принадлежит коллаборации LHCb на Большом адронном коллайдере, в состав которой входят многие российские и европейские университеты.

Новая фундаментальная сила. Что открыли физики

Исследователи обнаружили явления, которые нельзя объяснить Стандартной моделью — теорией, которая описывает взаимодействие всех элементарных частиц.

Ученые утверждают, что, возможно, обнаружили новую, пятую силу природы, которая может объяснить давние научные загадки и улучшить понимание Вселенной. Корреспондент.net рассказывает подробности.

 

На пороге Новой физики

Группа ученых из 46 научных центров и семи стран обнародовала первые результаты экспериментов с мюонами — фундаментальными частицами, представляющими собой крошечные вращающиеся вокруг собственной оси магниты. Мюоны похожи на электроны, только в 200 раз тяжелее.

Проведенное исследование Muon g-2 (Мюон джи минус 2) — это продолжение работы, которую ученые начали в 1990-х годах в Брукхейвенской национальной лаборатории. Тогда физики занимались измерением магнитного свойства мюонов и получили результат, который не вписывался в Стандартную модель.

Стандартная модель — общепринятая на данный момент теоретическая конструкция, описывающая взаимодействие всех элементарных частиц во Вселенной. Она предполагает четыре фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное.

Теория всего. Зачем науке новый огромный коллайдер

Все они строятся на одном принципе: сила между частицами возникает за счет обмена некоторым посредником, переносчиком взаимодействия.

Эти четыре фундаментальных взаимодействия объясняют все, что мы видим. Все остальные силы, такие как трения или упругости, являются вторичным эффектом этих взаимодействий. 

Стандартная модель получает очень хорошее экспериментальное подтверждение, и относительно недавнее открытие бозона Хиггса завершило эту целостную картину.

Однако это вовсе не окончательная теория. Об этом говорит, например, наличие во Вселенной темной материи или антиматерии, которая не укладывается в Стандартную модель. И сейчас ученые подходят к так называемой Новой физике.

Стандартная модель точно предсказывала так называемый g-фактор мюона — показатель силы и скорости вращения частицы в магнитном поле. Данный фактор близок к значению 2, но Брукхейвенские эксперименты выявили отклонение в несколько частей на миллион.

Несмотря на минимальную разницу, ученые заявили о существовании неизвестных ранее науке взаимодействий между мюоном и магнитным полем.

Эксперимент Muon g-2 в Национальной ускорительной лаборатория имени Ферми (Фермилаб) в Чикаго, 7 апреля опубликовал результаты эксперимента, который должен был с высокой точностью измерить значение аномального магнитного момента мюона.

Чтобы определить значение g-2 мюона близкое к истинному исследователи создали пучки частиц, которые двигались по ускорителю, подобному всем известному Большому адронному коллайдеру, где открыли бозон Хиггса.

Вид на территорию Фермилаба с воздуха. Кольцо на переднем плане — Главный инжектор Теватрона, кольцо на заднем плане — Теватрон

Это большое полое кольцо с сильным магнитным полем. Поле удерживает мюоны в кольце и заставляет их вращаться. Данное явление называется прецессией и схоже с вращением земной оси, только его скорость гораздо выше.

Полученное значение совпало с результатами аналогичного эксперимента E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории, а вместе два измерения отличаются от предсказаний Стандартной модели со статистической точностью в 4,2σ (сигмы).

Это значит, что такие данные укладываются в Стандартную модель с вероятностью в один случай из примерно 40 тысяч.

Такое отклонение от теории при дальнейшем уменьшении погрешности измерений может указать на существование еще не открытых частиц или сил в рамках Новой физики, подчеркнули ученые.

В ходе представленного анализа использовались данные только первого сеанса работы эксперимента, после окончания которого в установку были внесены улучшения: увеличилась стабильность системы подачи пучка мюонов в магнит и уменьшились колебания температуры, влияющие на колебания магнитного поля.

По мнению ученых, все это говорит о том, что в ходе следующих сеансов статистическая точность отклонения результатов от предсказаний Стандартной модели будет увеличиваться, а значит у физиков появится доказательство существования Новой физики. 

«Это невероятно захватывающий результат. Эти открытия могут иметь большое значение для будущих экспериментов по физике элементарных частиц и могут привести к более глубокому пониманию того, как устроена Вселенная», — рассказал соавтор исследования Ран Хонг.

Хонг отметил, что частицы за пределами Стандартной модели могут объяснить загадочные явления в физике,как природа темной материи.

Британский Совет по научно-техническому оборудованию уже объявил, что результаты экспериментов дают весомые подтверждения существованию доселе неизвестной субатомной частицы или новой силы.

«Мы обнаружили, что взаимодействие мюонов не согласуется со Стандартной моделью. Понятно, что мы все в восторге, потому что это открывает будущее с новыми законами физики, новыми частицами и новыми, невиданными до сих пор силами», — цитирует BBC News руководителя эксперимента с британской стороны профессора Марка Ланкастера.

Насчет возможной, но неоткрытой субатомной частицы есть сразу несколько предположений. Это может быть так называемый лептокварк (частица, переносящая информацию между кварками и лептонами) или Z-бозон (который сам для себя служит античастицей).

Темная сторона Вселенной. Сколько проживет теория Эйнштейна

В конце марта физики из CERN, проводившие эксперимент на Большом адронном коллайдере, говорили, что полученные результаты могут свидетельствовать о наличии новой частицы и силы.

В пресс-релизе исследования на сайте CERN сообщается, что во время пробегов частиц на БАК физики тщательно изучали редчайшие распады парных кварков (B-мезонов). Оказалось, что В-мезоны распадаются на разные количества электронов и мюонов, что противоречит предсказаниям Стандартной модели. 

Новости от Корреспондент.net в Telegram. Подписывайтесь на наш канал https://t.me/korrespondentnet

Новое физическое исследование выявляет новые сложности в поведении электронов в материалах

Докторант физики Адбхут Гупта в лаборатории Жана Хереманса в Робсон-холле. Предоставлено: Стивен Маккей / Технологический институт Вирджинии.

Когда электроны проходят через проводник, такой как медные провода в зарядных устройствах для телефонов или кремниевые чипы в печатных платах наших ноутбуков, они сталкиваются с материальными примесями и друг с другом в крошечном атомном безумии.Их взаимодействие с примесями хорошо известно.

Тем не менее, хотя понимание того, как электроны взаимодействуют друг с другом, является фундаментальным для понимания физики, измерение силы этих взаимодействий оказалось сложной задачей для физиков.

Группа исследователей из Технологического института Вирджинии обнаружила, что, создав определенный набор условий, они могут количественно определять электрон-электронные взаимодействия более точно, чем когда-либо.Их открытия расширяют существующие теории физики и могут быть применены для улучшения электронных устройств и квантовых компьютеров. Недавно они опубликовали свои выводы в журнале Nature Communications .

Чтобы изучить, как электроны взаимодействуют друг с другом, команда изготовила крошечные устройства, которые будут создавать пучок электронов. Для получения результатов им потребовалось три особых условия: низкие температуры, магнитное поле, заставляющее электроны вращаться по орбитам, и сверхчистые материалы, предоставленные сотрудниками из Университета Пердью.Их цель: увидеть, как далеко электроны пройдут по своим орбитам, прежде чем встретятся с другими электронами и разлетятся. Поскольку устройство было изготовлено из сверхчистых материалов, команда знала, что не было никаких других переменных, которые могли бы вызвать рассеяние — они могли наблюдать взаимодействие электронов без каких-либо вмешивающихся переменных.

«Что обычно происходит в обычном нечистом полупроводнике, так это то, что электроны подвергаются такому количеству столкновений с примесями, что вы практически никогда не узнаете, что на самом деле происходит между электрон-электронными взаимодействиями», — сказал Джин Хереманс, профессор факультета физики в колледже. науки.«Но когда вы удалите эти примеси, у вас останется сверхчистый материал, и внезапно эти электрон-электронные взаимодействия станут очевидными. Для нас было немного неожиданностью, что это был такой большой эффект — что мы могли использовать его для количественно определить взаимодействие электронов ».

Однако это был не единственный сюрприз, с которым столкнулась команда. Ученые недавно обнаружили, что в определенных материалах и условиях группы электронов движутся коллективно и ведут себя подобно жидкости. Используя мощные компьютеры, сотрудники проекта из Политехнического института Ренсселера в Трое, штат Нью-Йорк, смоделировали движение группы электронов.Их изображения показали, что электроны текут в вихри, похожие на водовороты, — поведение, которое еще предстоит зарегистрировать в присутствии магнитного поля.

«Водовороты действительно сохраняются, даже если взаимодействие между электронами очень слабое», — сказал Адбхут Гупта, ведущий автор исследования и доктор философии. кандидат в лаборатории Херманса. «На данный момент мало что известно об этом коллективном поведении в пределе слабого взаимодействия. Это новое явление, которое не продемонстрировала бы отдельная частица.Наш эксперимент — первый намек на такое коллективное поведение ».

Также над исследованием работала Гитанш Катария, аспирантка факультета электротехники и вычислительной техники Брэдли, входящего в Технический колледж Вирджинии.

Открытия группы могут иметь решающее значение для помощи ученым в переосмыслении некоторых из самых фундаментальных физических теорий, таких как теория ферми-жидкости, которая описывает нормальное состояние металлов при низких температурах.

«Мы обнаружили, что этим теориям подчиняются, но лишь приблизительно.Мы увидели отклонения от теоретических ожиданий, — сказал Хереманс. — Это интересно, потому что, если все соответствует теории, зачем вообще нужно проводить эксперименты? Это не значит, что мы должны полностью согласиться, но мы должны понять, чего не хватает в теории ».

Результаты этого исследования могут быть использованы для улучшения электроники, такой как датчики и телекоммуникационные устройства, сказал Хереманс. Кроме того, это исследование может способствовать развитию передовых технологий квантовых вычислений, часть которых основана на электрон-электронном взаимодействии для формирования новых квантовых состояний.Понимание поведения электронов позволит физикам полностью использовать возможности электронов в новых инновациях и приложениях.


Исследователи обнаружили новый металл, в котором электроны текут с жидкоподобной динамикой.
Дополнительная информация: Адбхут Гупта и др., Прецизионные измерения электрон-электронного рассеяния в GaAs / AlGaAs с использованием поперечной магнитной фокусировки, Nature Communications (2021).DOI: 10.1038 / s41467-021-25327-7 Предоставлено Технологический институт Вирджинии

Ссылка : Новое физическое исследование выявляет новые сложности в поведении электронов в материалах (2021 г., 16 сентября) получено 7 октября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2021-09-Physics-shows-fresh-complexities-electronic.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Понимание фотонных столкновений может помочь в поисках физики, выходящей за рамки Стандартной модели

Эксперимент с компактным мюонным соленоидом на Большом адронном коллайдере Европейской организации ядерных исследований.Кредит: ЦЕРН

Вслед за доказательством 87-летнего предсказания о том, что материя может быть получена непосредственно из света, физики из Университета Райса и их коллеги подробно рассказали, как этот процесс может повлиять на будущие исследования первичной плазмы и физики за пределами Стандартной модели.

«Мы, по сути, изучаем столкновения света», — сказал Вэй Ли, доцент кафедры физики и астрономии Райс и соавтор исследования, опубликованного в Physical Review Letters .

«Мы знаем от Эйнштейна, что энергию можно преобразовать в массу», — сказал Ли, физик элементарных частиц, который сотрудничает с сотнями коллег в экспериментах на ускорителях частиц высоких энергий, таких как Большой адронный коллайдер Европейской организации ядерных исследований (LHC) и Брукхейвен. Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) Национальной лаборатории.

Ускорители, такие как RHIC и LHC, обычно превращают энергию в материю, ускоряя части атомов со скоростью, близкой к скорости света, и сталкивая их друг с другом.Ярким примером является открытие в 2012 году частицы Хиггса на LHC. В то время Хиггс был последней ненаблюдаемой частицей в Стандартной модели, теории, которая описывает фундаментальные силы и строительные блоки атомов.

Каким бы впечатляющим это ни было, физики знают, что Стандартная модель объясняет только около 4% материи и энергии во Вселенной. Ли сказал, что исследование на этой неделе, автором которого является доктор Райс Шуай Янг, имеет значение для поиска физики за пределами Стандартной модели.

«Есть статьи, в которых предсказывается, что вы можете создавать новые частицы из этих столкновений ионов, что у нас такая высокая плотность фотонов в этих столкновениях, что эти фотон-фотонные взаимодействия могут создать новую физику за пределами Стандартной модели», — сказал Ли.

Ян сказал: «Чтобы искать новую физику, нужно очень точно понимать процессы Стандартной модели. Эффект, который мы здесь видели, ранее не рассматривался, когда люди предлагали использовать фотон-фотонные взаимодействия для поиска новой физики.И это чрезвычайно важно учитывать ».

Эффект, описанный Янгом и его коллегами, возникает, когда физики ускоряют встречные пучки тяжелых ионов в противоположных направлениях и направляют пучки друг на друга. Ионы являются ядрами массивных элементов, таких как золото или свинец, и ускорители ионов особенно полезны для изучения сильного взаимодействия, которое связывает фундаментальные строительные блоки, называемые кварками, в нейтронах и протонах атомных ядер. Физики использовали столкновения тяжелых ионов, чтобы преодолеть эти взаимодействия и наблюдали как кварки, так и глюоны, частицы, которые обмениваются кварками, когда они взаимодействуют посредством сильного взаимодействия.

Но не только ядра сталкиваются в ускорителях тяжелых ионов. Ионные пучки также создают электрические и магнитные поля, которые окутывают каждое ядро ​​пучка собственным световым облаком. Эти облака движутся вместе с ядрами, и когда облака встречных лучей встречаются, отдельные частицы света, называемые фотонами, могут встретиться лицом к лицу.

В исследовании PRL , опубликованном в июле, Янг и его коллеги использовали данные RHIC, чтобы показать, что фотон-фотонные столкновения производят материю из чистой энергии. В экспериментах световые столкновения произошли вместе со столкновениями ядер, в результате которых образовалась первичная смесь, называемая кварк-глюонной плазмой или QGP.

«В RHIC вы можете заставить фотон-фотонное столкновение создать свою массу одновременно с образованием кварк-глюонной плазмы», — сказал Ян. «Итак, вы создаете эту новую массу внутри кварк-глюонной плазмы.«

Янг доктор философии. В своей дипломной работе по данным RHIC, опубликованным в PRL в 2018 году, предполагалось, что столкновения фотонов могут оказывать незначительное, но измеримое влияние на плазму. Ли сказал, что это было одновременно интригующим и удивительным, потому что столкновения фотонов — это электромагнитное явление, а в кварк-глюонной плазме преобладает сильное взаимодействие, которое намного более мощное, чем электромагнитное взаимодействие.

«Чтобы сильно взаимодействовать с кварк-глюонной плазмой, недостаточно иметь только электрический заряд», — сказал Ли.«Вы не ожидаете, что он будет очень сильно взаимодействовать с кварк-глюонной плазмой».

Он сказал, что для объяснения неожиданных открытий Яна предлагалось множество теорий.

«Одно из предлагаемых объяснений состоит в том, что фотон-фотонное взаимодействие будет выглядеть по-другому не из-за кварк-глюонной плазмы, а из-за того, что два иона просто приближаются друг к другу», — сказал Ли. «Это связано с квантовыми эффектами и тем, как фотоны взаимодействуют друг с другом».

Если бы аномалии были вызваны квантовыми эффектами, предположил Ян, они могли бы создать заметные интерференционные картины, когда ионы почти не попадали друг в друга, но фотоны из соответствующих световых облаков сталкивались.

«Итак, два иона не сталкиваются напрямую», — сказал Ян. «Они действительно проходят мимо. Это называется ультрапериферическим столкновением, потому что фотоны сталкиваются, но ионы не сталкиваются друг с другом».

Теория предполагала, что картины квантовой интерференции от ультрапериферийных фотон-фотонных столкновений должны изменяться прямо пропорционально расстоянию между проходящими ионами. Используя данные эксперимента с компактным мюонным соленоидом (CMS) на LHC, Ян, Ли и его коллеги обнаружили, что они могут определить это расстояние или параметр удара, измеряя что-то совершенно другое.

Эксперимент с компактным мюонным соленоидом на Большом адронном коллайдере Европейской организации ядерных исследований. Кредит: ЦЕРН

«Чем ближе два иона, тем выше вероятность, что ион может возбудиться и начать испускать нейтроны, которые идут прямо по линии луча», — сказал Ли. «У нас есть детектор для этого в CMS».

Каждое сверхпериферическое фотон-фотонное столкновение производит пару частиц, называемых мюонами, которые обычно летят от столкновения в противоположных направлениях.Согласно теории, Ян, Ли и его коллеги обнаружили, что квантовая интерференция искажает угол вылета мюонов. И чем короче расстояние между близкими ионами, тем больше искажение.

Ли сказал, что эффект возникает из-за движения сталкивающихся фотонов. Хотя каждый из них движется в направлении луча вместе со своим ионом-хозяином, фотоны также могут удаляться от своих хозяев.

«Фотоны тоже движутся в перпендикулярном направлении», — сказал он. «И оказывается, что это перпендикулярное движение усиливается по мере того, как прицельный параметр становится все меньше и меньше.

«Это выглядит так, будто что-то модифицирует мюоны», — сказал Ли. «Похоже, что один движется под другим углом, но на самом деле это не так. Это артефакт того, как движение фотона изменялось перпендикулярно направлению луча до столкновения, в котором образовались мюоны».

Ян сказал, что исследование объясняет большинство аномалий, которые он ранее идентифицировал. Между тем, в ходе исследования был создан новый экспериментальный инструмент для управления прицельным параметром фотонных взаимодействий, который будет иметь далеко идущие последствия.

«Мы можем с уверенностью сказать, что большинство было получено благодаря эффекту QED», — сказал он. «Но это не исключает того, что все еще существуют эффекты, связанные с кварк-глюонной плазмой. Эта работа дает нам очень точную базу, но нам нужны более точные данные. У нас еще есть как минимум 15 лет, чтобы собрать данные QGP в CMS, и точность данных будет становиться все выше и выше «.


Бесконтактное творение при столкновении ядер свинца и золота.
Дополнительная информация: А.М. Сирунян и др., Наблюдение прямой зависимости акопланарности димюонов от множественности нейтронов в ультрапериферических Pb-Pb-столкновениях при sNN = 5,02 ТэВ, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.122001 Предоставлено Университет Райса

Ссылка : Понимание столкновений фотонов может помочь в поисках физики, выходящей за рамки Стандартной модели (2021, 20 сентября) получено 7 октября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2021-09-Physicists-probe-smashups-future.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Долгожданные измерения мюонов увеличивают количество доказательств для новой физики

Когда в конце февраля сотни физиков собрались на телеконференцию Zoom, чтобы обсудить результаты своего эксперимента, никто из них не знал, что они обнаружили.Подобно докторам в клинических испытаниях, исследователи в эксперименте Muon g-2 слепили свои данные, скрывая единственную переменную, которая не позволяла им быть предвзятыми или знать — в течение многих лет — что на самом деле означала информация, с которой они работали.

Но когда данные были обнародованы в Zoom, физики знали, что ожидание того стоило: их результаты являются дополнительным доказательством того, что новая физика скрывается в мюонах, более громоздких родственниках электронов. «Это был момент, когда мы узнали результаты.До этого мы понятия не имели », — говорит Ребекка Числетт, физик из Университетского колледжа Лондона, которая участвует в коллаборации Muon g-2. «Это было захватывающе, нервировало и немного облегчало».

Несмотря на замечательный успех в объяснении фундаментальных частиц и сил, составляющих Вселенную, описание Стандартной модели остается крайне неполным. Во-первых, он не учитывает гравитацию и также ничего не говорит о природе темной материи, темной энергии и масс нейтрино.Чтобы объяснить эти и другие явления, исследователи ищут новую физику — физику, выходящую за рамки Стандартной модели, — выявляя аномалии, в которых экспериментальные результаты расходятся с теоретическими предсказаниями.

Мюон g-2 — это эксперимент в Национальной лаборатории Ферми в Батавии, штат Иллинойс, целью которого является точное измерение магнитных мюонов путем наблюдения за их колебанием в магнитном поле. Если экспериментальное значение магнитного момента этих частиц отличается от теоретического предсказания — аномалия, — это отклонение может быть признаком новой физики, например, некой тонкой и неизвестной частицы или силы, влияющей на мюон.Недавно обновленное экспериментальное значение для мюонов, опубликованное в среду в журнале Physical Review Letters , отклоняется от теории лишь на незначительное значение (0,00000000251) и имеет статистическую значимость 4,2 сигма. физика частиц.

«Мое первое впечатление -« Вау », — говорит Гордан Крняик, физик-теоретик из Фермилаба, который не принимал участия в исследовании. «Это почти лучший сценарий для таких спекулянтов, как мы…. Я гораздо больше думаю о том, что это, возможно, новая физика, и она имеет значение для будущих экспериментов и для возможных связей с темной материей ».

Не все так оптимистичны. Многочисленные аномалии возникли только для того, чтобы исчезнуть, в результате чего Стандартная модель победила, а физики были пресыщены перспективами прорывных открытий.

«Мне кажется, что под солнцем нет ничего нового», — говорит Томмазо Дориго, физик-экспериментатор из Падуанского университета в Италии, который также не участвовал в новом исследовании.«Я думаю, что это, скорее всего, теоретический просчет … Но это, безусловно, самая важная вещь, на которую мы должны обратить внимание в настоящее время».

Мюоны почти идентичны электронам. Две частицы имеют одинаковый электрический заряд и другие квантовые свойства, такие как спин. Но мюоны примерно в 200 раз тяжелее электронов, поэтому они имеют короткое время жизни и распадаются на более легкие частицы. В результате мюоны не могут играть ключевую роль электронов в формировании структур: как молекулы, так и горы — фактически, практически все химические связи между атомами — сохраняются благодаря стабильности электронов.

Когда немецкий физик Пауль Кунце впервые наблюдал мюон в 1933 году, он не знал, что с этим делать. «Он показал этот трек, который не был ни электроном, ни протоном, который он назвал — в моем переводе -« частицей неопределенной природы », — говорит Ли Робертс, физик из Бостонского университета и экспериментатор из Muon g-2. Новообретенная частица была любопытным осложнением для ограниченного набора субатомных частиц, что привело физика Исидора Исаака Раби к известному удивлению: «Рассмотрим мюон.Кто это заказывал? » Последовавший за этим поток экзотических частиц, обнаруженных в последующие десятилетия, показал, что мюон на самом деле был частью более крупного ансамбля, но, тем не менее, история помогла Лави сбить с толку: оказывается, в мюоне действительно может быть что-то странное.

В 2001 году эксперимент E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, обнаружил намеки на то, что магнитный момент мюонов отличается от теории. В то время результат был недостаточно надежным, потому что он имел статистическую значимость всего 3.3 сигма: то есть, если бы не было новой физики, ученые все равно ожидали бы увидеть такую ​​большую разницу из 1000 запусков эксперимента из-за чистой случайности. В результате не хватило пяти сигм — случайность одна на 3,5 миллиона — но этого достаточно, чтобы пробудить интерес исследователей к будущим экспериментам.

Имея статистическую значимость 4,2 сигма, исследователи еще не могут сказать, что сделали открытие. Но доказательства новой физики мюонов — в сочетании с аномалиями, недавно наблюдавшимися в эксперименте «Красота на Большом адронном коллайдере» (LHCb) в ЦЕРНе недалеко от Женевы, — соблазнительны.

Движущиеся мюоны

В большинстве физических экспериментов повторно используются детали. Например, Большой адронный коллайдер расположен в туннеле, разработанном для своего предшественника, Большом электрон-позитронном коллайдере, и ранее использовавшимся им. Но экспериментаторы, стоящие за Muon g-2, пошли дальше большинства, когда вместо создания нового магнита они отправили 50-футовое кольцо из Брукхейвена в 3200-мильную поездку к его новому дому в Фермилабе.

Магнит занимает центральное место в Мюоне g-2.Пучок положительных пионов — легких частиц, состоящих из верхнего кварка и нижнего антикварка — распадается на мюоны и мюонные нейтрино. Мюоны собираются и направляются по упорядоченному круговому пути вокруг магнита, который они совершат, самое большее, несколько тысяч раз, прежде чем распадутся на позитроны. Обнаруживая направление распада мюонов, физики могут извлечь информацию о том, как частицы взаимодействуют с магнитом.

Как работает этот процесс? Представьте себе каждый мюон как крошечные аналоговые часы.Когда частица вращается вокруг магнита, ее часовая стрелка вращается и вращается со скоростью, предсказанной теорией. Когда время мюона истекло, он распадается на позитрон, который излучается в направлении часовой стрелки. Но если эта стрелка поворачивается со скоростью, отличной от теоретической — скажем, слишком быстро, — распад позитрона в конечном итоге будет указывать в несколько ином направлении. (В этой аналогии часовая стрелка соответствует спину мюона, квантовому свойству, которое определяет направление распада мюона.) Обнаружьте достаточно отклоняющихся позитронов, и вы получите аномалию.

То, что подразумевает аномалия, неоднозначно. Может быть что-то, что не учитывается в Стандартной модели, и это может быть разница между электронами и мюонами. Или аналогичный эффект может иметь место в электронах, которые в настоящее время слишком малы, чтобы их можно было увидеть. (Масса частицы связана с тем, насколько она может взаимодействовать с более тяжелыми неизвестными частицами, поэтому мюоны, масса которых примерно в 200 раз превышает массу электронов, гораздо более чувствительны.)

Muon g-2 начал сбор данных для своего первого запуска в 2017 году, но результаты не были опубликованы до сих пор, поскольку обработка этой информации была сложной задачей.«Хотя люди, возможно, хотели увидеть результат пораньше, это просто отражает долгий период нашей должной осмотрительности, чтобы понять вещи», — говорит Брендан Кибург, физик из Fermilab, участник сотрудничества.

В одиночку экспериментальное значение мюона g-2 мало что говорит. Чтобы иметь смысл, его нужно сравнить с последним теоретическим предсказанием, над которым работали около 130 физиков.

Необходимость всех этих умственных способностей сводится к следующему: когда мюон путешествует в пространстве, это пространство на самом деле не пусто.Вместо этого это кипящий и роящийся суп из бесконечного числа виртуальных частиц, которые могут появляться и исчезать. У мюона есть небольшая вероятность взаимодействия с этими частицами, которые его притягивают, влияя на его поведение. Расчет влияния виртуальных частиц на спин мюона — скорость вращения его часовой стрелки — требует ряда столь же трудных и невероятно точных теоретических определений.

Все это означает, что теоретическое предсказание для мюонов имеет свою собственную неопределенность, которую теоретики пытаются уменьшить.Один из способов — использовать решеточную квантовую хромодинамику (КХД), метод, основанный на огромных вычислительных мощностях для численного решения эффектов виртуальных частиц на мюоны. По словам Аиды X. Эль-Хадры, физика из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, которая не участвовала в экспериментальных результатах, около полдюжины групп активно занимаются этой проблемой.

Физические упражнения

Веселье только начинается. В ближайшие дни и недели поток теоретических статей попытается разобраться в новом результате.Модели, которые вводят новые частицы, такие как Z ‘бозон и лептокварк, будут обновлены в свете новой информации. В то время как некоторые физики размышляют о том, что именно может означать мюонная аномалия, усилия по уменьшению неопределенностей и увеличению аномалии выше пяти сигм продолжаются.

По словам Кибурга и Чизлетта, данные второго и третьего прогонов Muon g-2 ожидаются примерно через 18 месяцев, и эта информация может подтолкнуть аномалию к порогу пяти сигм или снизить ее значимость.Если это не является решающим, у исследователей из J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex), физической лаборатории в Токай, Япония, может быть ответ. Они планируют независимо подтвердить результат Muon g-2, используя несколько иной метод наблюдения за поведением мюонов. Тем временем теоретики будут продолжать уточнять свои прогнозы, чтобы уменьшить неопределенность собственных измерений.

Однако даже если все эти усилия подтвердят, что с мюонами работает новая физика, они не смогут раскрыть, что именно представляет собой эта новая физика.Необходимым инструментом для раскрытия его природы может быть новый коллайдер — то, чего многие физики добиваются в таких предложениях, как Международный линейный коллайдер и LHC с высокой светимостью. В последние несколько месяцев возрос интерес к мюонному коллайдеру, который, по прогнозам многих статей, гарантирует физикам возможность определять свойства неизвестной частицы или силы, влияющей на мюон.

Даже те, кто скептически относится к значимости нового результата, не могут не найти радость.«Это хорошо для физики элементарных частиц, — говорит Дориго, — потому что физика элементарных частиц уже давно мертва».

* Примечание редактора. Автор этой статьи связан с Робертом Гаристо, редактором журнала Physical Review Letters, , но у них не было никаких сообщений о статье до ее публикации.

10 величайших историй физики 2020 года

Давайте признаем: это был довольно тяжелый год для нашей шеи солнечной системы. Но это был отличный год для ученых, изучающих более далекие уголки Вселенной.От колоссального взрыва до разгаданных загадочных отрыжек — вот некоторые из главных новостей физики 2020 года.

10. Бум!

(Изображение предоставлено: рентгеновский снимок: Chandra: NASA / CXC / NRL / S. Giacintucci и др., XMM-Newton: ESA / XMM-Newton; Радио: NCRA / TIFR / GMRT; Инфракрасный: 2MASS / UMass / IPAC-Caltech / NASA / NSF)

Самый мощный из известных взрывов во Вселенной был обнаружен еще в 2016 году, но на самом деле это произошло более 390 миллионов лет назад. В то время как первые четвероногие существа выползли на сушу, сверхмассивная черная дыра в скоплении Змееносца запустила струю, которая образовала гигантскую полость в окружающем газе.54 джоулей энергии. Для перспективы этого достаточно, чтобы буквально разорвать на части все 300 миллиардов звезд Млечного Пути и еще сотню галактик.

9. Отсюда я вижу свою солнечную систему. Э. Масана, Т. Прусти и А. Моитиньо.)

Если вы хотите перемещаться среди звезд, вам понадобится карта. И это — именно то, что создала космическая обсерватория Европейского космического агентства Gaia, используя данные более чем 1.8 миллиардов космических объектов. Улов включает близкие и далекие звезды, астероиды, кометы и многое другое. Хотите знать положение, скорость, спектр и многое другое для 0,5% населения нашей галактики? Тебе повезло. Уже опубликовано более 1600 статей с данными Gaia, и астрономы обязательно будут исследовать базу данных на долгие годы. И вот что самое интересное: в будущем будет еще больше данных.

8. Утрата легенды

(Изображение предоставлено: Jon Naso / NY Daily News Archive через Getty Images)

В 2020 году мир потерял одного из своих выдающихся и прославленных суперсумных людей , Фримена Дайсона.Человек безграничного воображения, он, пожалуй, наиболее известен в научно-популярных кругах своей концепцией сферы Дайсона. (Он не назвал ее в честь себя; это появилось позже.) Сфера Дайсона — это гипотетическая мегаструктура, полностью закрывающая звезду для сбора 100% ее солнечной энергии — именно той энергии, которая может понадобиться гипер-продвинутой цивилизации для гипер- продвинутые вещи. Пока что астрономы не обнаружили ни одной сферы Дайсона в нашей галактике или каких-либо других, но мечта Фримена живет.

7.Мы нашли жизнь на Венере, а потом не нашли ее. Мир. Рассуждения были основаны на фосфине, специфическом (и вонючем) химическом веществе, выделяемом на Земле анаэробными бактериями. Ученые предположили, что для того, чтобы получить в атмосфере столько фосфина, сколько было заявлено, Венере потребуется большая популяция переносимых по воздуху микробов. Увы, дальнейший анализ

уменьшил наблюдаемое количество вонючего материала (до уровней, которые едва ли можно было бы назвать заслуживающими внимания, не говоря уже о знаке жизни), а в некоторых анализах полностью удалил его как еще один зашумленный сигнал.Не волнуйся, инопланетная жизнь: если ты там, мы продолжим поиски.

6. Самая горячая новая игрушка 2020 года: FRB

(Изображение предоставлено командой графических дизайнеров Университета Макгилла)

Все любят хорошую быструю радиопередачу (FRB), верно? Источник этих загадочных, энергичных сигналов был досадной загадкой для астрономов более десяти лет. FRB — это быстрые, мощные радиосигналы со скачкообразной перестройкой частоты, поступающие со всего неба, что затрудняет точное определение их происхождения. Но, наконец, в 2020 году астрономам повезло: : они нашли источник FRB на нашем собственном космическом дворе.Последующие наблюдения выявили виновника: экзотическая звезда, известная как магнитар (сверхмагниченное мертвое ядро ​​звезды). По-видимому, магнетары иногда отрыгивают огромное количество сдерживаемой энергии, которая кажется наблюдателям с Земли как быстрый взрыв радиоизлучения.

5. Влажный Марс все-таки

(Изображение предоставлено NASA / GSFC)

На Марсе есть жидкая вода. Нет, это до кости. Нет, подождите; иногда бывает вода. Нет, нет, неважно. Красная планета десятилетиями дразнила астрономов жизненно важным вопросом, есть ли на ней вообще жидкая вода.Астрономам не все равно, потому что там, где есть вода, есть потенциальный дом для жизни. Ранее в этом году астрономы заявили, что на Марсе есть не одно, а четыре озера с жидкой водой. Уловка? Они невероятно соленые — больше похожи на соленый осадок, чем на то, в чем можно окунуться — и погребены под милей замороженного углекислого газа на южной полярной шапке. Однако не все уверены, так что пока не берите с собой марсианский купальник.

4. Забирая домой

(Изображение предоставлено НАСА / Годдард / Университет Аризоны)

2020 год был определенно годом Солнечной системы.Три независимых космических корабля успешно приобрели образцы и отправили их обратно на Землю. НАСА запустило миссию OSIRIS-REx к астероиду Бенну, в ходе которой было собрано столько материала, что из контейнера с образцом произошла утечка. Японская миссия «Хаябуса-2» нанесла удар по астероиду Рюгу и благополучно доставила материал обратно на Землю. И китайский посадочный модуль Chang’e 5 отправился на миссию на Луну , сумев запустить образец обратно на Землю до того, как посадочный модуль сломался.

3. Это большая черная дыра!

(Изображение предоставлено Н. Фишером, Х. Пфайффером, А. Буонанно и SXS Collaboration)

Астрономы использовали гравитационные волны (рябь в ткани пространства-времени) для наблюдения столь многих столкновений черных дыр, что к настоящему времени , это вряд ли заслуживает освещения в печати. Но в 2020 году астрономы объявили об открытии крупнейшего столкновения : титанического слияния черной дыры массой 85 солнечных масс и черной дыры массой 66 солнечных. После слияния образовавшаяся черная дыра превысила массу Солнца в 142 раза.(Масса девяти солнц была преобразована в чистую энергию.) Что касается других новостей о черных дырах, последний ящик Пандоры во Вселенной стал предметом Нобелевской премии по физике в этом году .

2. Нагревается ли в этом сверхпроводнике?

(Изображение предоставлено: Университет Рочестера / Дж. Адам Фенстер)

Сверхпроводники очень аккуратные. Из-за странности квантовой механики в очень особых условиях электроны могут сближаться, и пары перемещаются вместе, не теряя энергии.Это означает революционную технологию, при которой электричество может течь бесконечно без сопротивления. К сожалению, чтобы сверхпроводники заработали, физикам пришлось все сделать сверххолодным. Но в 2020 году исследователей объявили об открытии сверхпроводника при почти комнатной температуре , всего 59 градусов по Фаренгейту (15 градусов по Цельсию). Уловка? Вам необходимо воссоздать давление в центре Земли.

1. Возьмите это, COVID-19

(Изображение предоставлено: Джейсон МакЛеллан / Univ.из Техаса в Остине)

Новый коронавирус SARS-CoV-2 опустошил человечество, достигнув уровня пандемии всего за пару месяцев и распространившись по всему миру. Но мы сопротивляемся одним из наших самых мощных орудий: вакцинами. Современные вакцины нацелены на очень специфическую часть вируса — «спайковый» белок, который он использует для вторжения в наши клетки. Одним из первых шагов в войне против COVID было выявление и картирование этого белка, которое исследователи выполнили ранее в этом году, используя основанный на физике метод под названием криогенная электронная микроскопия .Используя эту карту, производители лекарств могут нацелить эту особенность вируса на вакцины, чтобы имитировать, давая нашей иммунной системе шанс на борьбу.

Могут существовать бесконечные миры с бесчисленным множеством твоих версий.

Вы когда-нибудь задумывались, что бы произошло, если бы вы приняли предложение «Эй, давай выпьем кофе» от того крутого одноклассника, который у тебя когда-то был? Если верить некоторым из сегодняшних ведущих физиков, такие вопросы — более чем пустая болтовня. Может быть, ваша версия из другого мира пришла в этот день и сейчас празднует вашу 10-ю годовщину свадьбы.

Идея о том, что существует множество ваших версий, существующих в слишком многочисленных мирах, далеко от нашего интуитивного опыта. Это действительно выглядит и чувствуется так, будто каждый из нас — всего лишь один человек, живущий только одной жизнью, каждый день просыпающийся в одном и том же, единственном и неповторимом мире.

Но, согласно все более популярному анализу квантовой механики, известному как «интерпретация множества миров», каждое фундаментальное событие, которое имеет несколько возможных исходов — будь то частица света, падающая на Марс, или молекула в пламени, отражающаяся от вашего чайника, — раскалывается. мир в альтернативные реальности.

Множественные расщепления, множественные миры

Даже опытным ученым странно думать, что Вселенная разделяется на части в зависимости от того, отскакивает ли молекула тем или иным образом. Еще более странно осознавать, что подобное расщепление может происходить для каждого взаимодействия, происходящего в квантовом мире.

Все становится совершенно странным, когда вы понимаете, что все эти субатомные расщепления применимы и к более крупным вещам, включая нас самих. Может быть, есть мир, в котором ваша версия отделилась и купила выигрышный лотерейный билет.Или, может быть, в другом случае вы споткнулись о вершину обрыва и упали насмерть — ой.

«Вполне возможно, что есть несколько миров, в которых вы принимаете разные решения. Мы просто подчиняемся законам физики », — говорит Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института и автор новой книги о многих мирах под названием« Нечто глубоко скрытое ». Сколько может быть твоих версий? «Мы не знаем, конечно ли количество миров или бесконечно, но это определенно очень большое число», — говорит Кэрролл.«Не может быть, пять».

Кэрролл знает, что интерпретация множества миров звучит как что-то из научно-фантастического фильма (не помогает то, что он был советником по «Мстителям: Финал»). И, как в голливудском блокбастере, интерпретация множества миров привлекает как страстные фанаты, так и резкие критики.

Известный теоретик Роджер Пенроуз из Оксфордского университета отвергает эту идею как «reductio ad absurdum»: физика, сведенная к абсурду. С другой стороны, бывший сотрудник Пенроуза, покойный Стивен Хокинг, описал интерпретацию множества миров как «само собой разумеющееся.

Самому Кэрроллу нравится мысль, что он всего лишь один из многих Шона Кэрролла, бегающих по альтернативным версиям реальности. «Концепция единственного человека, простирающаяся от рождения до смерти, всегда была лишь полезным приближением», — пишет он в своей новой книге, и для него интерпретация множества миров просто расширяет эту идею: «Мир дублируется, и все в мире меняется. вместе с ним ».

Как мы сюда попали?

Сногсшибательная сага об интерпретации множества миров началась в 1926 году, когда австрийский физик Эрвин Шредингер математически продемонстрировал, что субатомный мир принципиально расплывчатый.

В знакомой реальности человеческого масштаба объект существует в одном четко определенном месте: положите телефон на прикроватную тумбочку, и это единственное место, где он может быть, независимо от того, ищете вы его или нет. Но в квантовой сфере объекты существуют в виде пятна вероятности, попадая в фокус только при наблюдении.

«Прежде чем вы посмотрите на объект, будь то электрон, атом или что-то еще, он не находится в каком-либо определенном месте», — говорит Кэрролл. «Более вероятно, что вы заметите его в том или ином месте, но на самом деле он не находится в каком-то конкретном месте.

Почти век экспериментов подтвердил, что, как это ни странно, это явление является ключевым аспектом физического мира. Даже Эйнштейн боролся с идеей: что случилось со всеми другими возможными местоположениями, где мог бы находиться объект, и со всеми другими различными исходами, которые могли бы последовать? Почему поведение объекта должно зависеть от того, смотрит ли на него кто-то или нет?

В 1957 году студент из Принстона по имени Хью Эверетт III предложил радикальное объяснение.Он предположил, что все возможные результаты действительно происходят, но что в мире, в котором мы живем, разыгрывается только одна версия. Все остальные возможности отделились от нас, каждая из которых порождает свой отдельный мир. С этой точки зрения, ничто не пропадает зря, поскольку все, что может случиться, действительно происходит в каком-то мире.

На протяжении десятилетий коллеги Эверетта в основном игнорировали его объяснение, рассматривая его скорее как историю о привидениях, чем как серьезную науку. Но никто не нашел никаких изъянов в уравнении Шредингера; они также не могут объяснить его значение.В результате многие современные физики, в том числе Дэвид Дойч из Оксфордского университета и Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института, пришли к согласию с Кэрроллом в том, что интерпретация множества миров — единственный последовательный способ понять квантовую механику.

Полевое руководство по многим мирам

Интерпретация многих миров поднимает всевозможные загадочные вопросы о множественных версиях реальности и о множественных версиях вас, существующих в них.У Кэрролла есть несколько ответов.

Если постоянно возникают новые вселенные, разве что-то не создается из ничего, нарушая один из самых основных принципов физики? По словам Кэрролла, это не так: «Это только похоже на то, что вы создаете дополнительные копии вселенной. Лучше представить себе это как взятие большой толстой вселенной и ее разрезание ».

Почему мы переживаем одну конкретную реальность, а не другую? «В каком еще из них вы бы оказались?» — весело говорит Кэрролл.«Это все равно что спрашивать, почему ты живешь сейчас, а не в другое время. Все в каждом мире думают, что они в этом мире ».

Кэрролл также дал неутешительный ответ на один из самых интересных вопросов: не могли бы вы перейти и посетить одну из других реальностей и сравнить записи с версией себя из альтернативного мира? «Когда возникают другие миры, они идут своим путем», — говорит Кэрролл. «Они не взаимодействуют, они не влияют друг на друга ни в какой форме. Пересечение похоже на путешествие быстрее скорости света.Это не то, что ты можешь сделать ».

Война многих миров

Толкование многих миров подвергается критике за то, что, хотя оно предлагает красочный способ осмысления мира, оно не дает нового понимания того, как устроена природа. «В нем нет никакого содержания, — говорит физик Кристофер Фукс из Массачусетского университета в Бостоне.

Фукс отдает предпочтение альтернативе, называемой квантовым байесовством, которая предлагает путь назад к старомодной единой реальности. Он утверждает, что вселенная меняется, когда вы смотрите на нее не потому, что вы создаете новые миры, а просто потому, что наблюдение требует взаимодействия с вашим окружением.Никаких кофейных фиников, никаких других жизней для тебя. «Таким образом, измерение превращается из чего-то мистического в дело столь обыденного, как прогулка по оживленной улице: это действие, которое я могу предпринять, и оно явно имеет для меня последствия», — говорит он.

Связанные

Подходя к критике с другой стороны, Роджер Пенроуз из Оксфорда утверждает, что сама идея множества миров ошибочна, поскольку основана на чрезмерно упрощенной версии квантовой механики, не учитывающей гравитацию.«Правила должны измениться, когда задействована гравитация», — говорит он.

В более полной квантовой теории, утверждает Пенроуз, гравитация помогает закрепить реальность, и размытые события будут иметь только один допустимый результат. Он указывает на потенциально решающий эксперимент, проводимый в настоящее время в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре и Лейденском университете в Нидерландах, который предназначен для непосредственного наблюдения за тем, как объект трансформируется из множества возможных мест в единую фиксированную реальность.

Кэрролла равнодушны эти альтернативные объяснения, которые он считает чрезмерно сложными и не подкрепленными данными.Он признает, что идея нескольких вас может нервировать. Но для него основная концепция многих миров — «четкая, ясная, красивая, простая и чистая».

Если он прав, он не единственный Шон Кэрролл, который так думает.

Хотите больше историй о науке?

Подпишитесь на информационный бюллетень MACH и следите за новостями NBC News MACH в Twitter, Facebook и Instagram.

2 открытия могут быть свидетельством новой физики

Предварительные результаты двух экспериментов предполагают, что что-то может быть не так с основным способом, которым физики думают о Вселенной, перспектива, которая сбивает с толку и взволновала область физики элементарных частиц.

Мельчайшие частицы не совсем делают то, что от них ожидают, когда вращаются вокруг двух разных длительных экспериментов в Соединенных Штатах и ​​Европе. Неоднозначные результаты — если они подтвердятся — выявляют основные проблемы с правилами, которые физики используют для описания и понимания того, как Вселенная работает на субатомном уровне.

Физик-теоретик Мэтью Маккалоу из CERN, Европейской организации ядерных исследований, сказал, что раскрытие тайн может «вывести нас за пределы нашего нынешнего понимания природы.»

Свод правил, называемый Стандартной моделью, был разработан около 50 лет назад. Эксперименты, проводившиеся на протяжении десятилетий, снова и снова подтверждали, что его описания частиц и сил, которые составляют и управляют Вселенной, в значительной степени соответствуют действительности. До сих пор.

«Новые частицы, новая физика, возможно, выходят за рамки наших исследований, — сказал Алексей Петров, физик элементарных частиц из Государственного университета Уэйна. — Это заманчиво».

На этой фотографии показана мюонная система LHCb в Европейской организации ядерных исследований. Большой адрон. Коллайдерный объект за пределами Женевы.(Максимилиан Брайс, Жюльен Мариус Ордан / ЦЕРН через Associated Press)

Фермилаб министерства энергетики США объявил в среду результаты 8,2 миллиарда гонок по трассе за пределами Чикаго, которая, хотя для большинства людей не нравится, заставляет физиков взволноваться: магнитное поле вокруг мимолетная субатомная частица — это не то, чем должна быть Стандартная модель. Это следует за новыми результатами, опубликованными в прошлом месяце на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа, который обнаружил удивительную долю частиц после высокоскоростных столкновений.

Петров, который не участвовал ни в одном из экспериментов, изначально скептически относился к результатам Большого адронного коллайдера, когда впервые появились намеки в 2014 году. Получив последние, более полные результаты, он сказал, что теперь он «в осторожном экстазе».

Все дело в мюоне

Суть экспериментов, объясняет физик-теоретик из Университета Джонса Хопкинса Дэвид Каплан, состоит в том, чтобы разделить частицы и выяснить, не «происходит ли что-то забавное» как с частицами, так и с кажущимся пустым пространством между ними. их.

«Секреты живут не только в материи. Они живут в чем-то, что, кажется, заполняет все пространство и время. Это квантовые поля», — сказал Каплан. «Мы вкладываем энергию в вакуум и смотрим, что получится».

Оба набора результатов связаны со странной мимолетной частицей, называемой мюоном. Мюон — более тяжелый родственник электрона, вращающегося вокруг центра атома. Но мюон не является частью атома, он нестабилен и обычно существует всего две микросекунды. После открытия в космических лучах в 1936 году это настолько сбило ученых с толку, что один известный физик спросил: «Кто это заказал?»

«С самого начала это заставляло физиков ломать голову», — сказал Грациано Венанцони, физик-экспериментатор итальянской национальной лаборатории, который является одним из ведущих ученых Университета.Эксперимент С. Фермилаба, получивший название Мюон g-2.

Эксперимент направляет мюоны вокруг намагниченной дорожки, которая позволяет частицам существовать достаточно долго, чтобы исследователи могли рассмотреть их поближе. Предварительные результаты показывают, что магнитный «спин» мюонов на 0,1% отличается от предсказаний Стандартной модели. Это может показаться не таким уж большим, но для физиков элементарных частиц это огромное значение — более чем достаточно, чтобы перевернуть существующее понимание.

Исследователям нужен еще год или два, чтобы закончить анализ результатов всех кругов по 14-метровой трассе.По словам Венанзони, если результаты не изменятся, это будет считаться крупным открытием.

Отдельно, на крупнейшем в мире разрушителе атомов в ЦЕРНе физики сталкивали протоны друг с другом, чтобы посмотреть, что будет дальше. Один из нескольких отдельных экспериментов коллайдера частиц измеряет, что происходит, когда сталкиваются частицы, называемые красными или нижними кварками.

Николай Бондарь (на фото) работает над мюонной системой LHCb на Большом адронном коллайдере Европейской организации ядерных исследований за пределами Женевы.(Максимилиан Брайс, Жюльен Мариус Ордан / ЦЕРН через Ассошиэйтед Пресс)

Стандартная модель предсказывает, что эти крушения красивых кварков должны приводить к равному количеству электронов и мюонов. «Это похоже на подбрасывание монеты 1000 раз и получение примерно равного количества орлов и решек», — сказал руководитель экспериментов по красоте на Большом адронном коллайдере Крис Паркс.

Но этого не произошло.

«Это что-то не так»

Исследователи изучили данные за несколько лет и несколько тысяч аварий и обнаружили 15-процентную разницу, причем электронов значительно больше, чем мюонов, — сказал исследователь экспериментов Шелдон Стоун из Сиракузского университета.

Ни один из экспериментов еще не называется официальным открытием, потому что все еще есть малая вероятность того, что результаты являются статистическими причудами. По словам исследователей, повторное проведение экспериментов — запланированное в обоих случаях — через год или два позволит достичь невероятно строгих статистических требований, предъявляемых физиками к открытию.

Если результаты подтвердятся, они перевернут «все остальные вычисления», сделанные в мире физики элементарных частиц, сказал Каплан.

«Это не ложный фактор.«Это что-то не так», — сказал Каплан.

Он объяснил, что может быть какая-то неоткрытая частица — или сила — которая может объяснить оба странных результата.

Или это могут быть ошибки. В 2011 году было обнаружено странное открытие, что частица называемое нейтрино, казалось, движется быстрее, чем свет угрожает модели, но это оказалось результатом проблемы с плохим электрическим соединением в эксперименте.

«Мы проверили все наши кабельные соединения и сделали все возможное, чтобы проверь наши данные, — сказал Стоун.«Мы в некотором роде уверены, но никогда не знаешь».

Физика элементарных частиц — Новости, исследования и анализ — The Conversation — стр. 1

Ученые из Церна впервые успешно охлаждали антивещество с помощью лазера. Чукман Со

Нильс Мэдсен, Университет Суонси,

Лазерное охлаждение позволяет проводить новые измерения, которые могут объяснить, почему антивещество так мало в нашей Вселенной.

Две новые статьи проливают свет на давнюю загадку физики элементарных частиц. Zmeel / E + через Getty Images

Вот уже 15 лет в физике наблюдается несоответствие. Частица, называемая мюоном, вела себя не так, как предсказывала теория. Новая теория и новый эксперимент могут решить эту проблему.

Мюонный эксперимент. Рейдар Хан / Фермилаб

Фемис Боукок, Ливерпульский университет и Марк Ланкастер, Манчестерский университет

Могут существовать новые частицы или силы, которые не учитываются в стандартной модели.

Эксперимент Церна с LHCb обнаружил еще больше свидетельств аномалии в стандартной модели физики. © 2018-2021 ЦЕРН

Джемма Уэр, Разговор и Даниэль Мерино, Разговор

Стенограмма 9-й серии подкаста The Conversation Weekly, включая обновленную информацию о положении беженцев рохинджа в Мьянме, живущих в лагерях в Бангладеш.

Ученые думают, что они, возможно, нашли новый ключ к пониманию субатомного мира вокруг нас. Изображения Ezume через Shutterstock

Джемма Уэр, Разговор и Даниэль Мерино, Разговор

Плюс, почему положение мусульман-рохинджа, живущих в Бангладеш, ухудшилось. Послушайте 9 выпуск подкаста The Conversation Weekly.

пустой.

Сэм Барон, Австралийский католический университет,

Возможно, была обнаружена долгожданная трещина в Стандартной модели физики элементарных частиц.

Столкновения частиц начинают давать неожиданные результаты. vchal / Shutterstock

Гарри Клифф, Кембриджский университет, ; Константинос Александрос Петридис, Бристольский университет , и Паула Альварес Картель, Кембриджский университет

Если открытие действительно является результатом новых элементарных частиц, то это, наконец, будет прорыв, к которому физики стремились на протяжении десятилетий.

LHCb эксперимент. Рошляг Менкман / Flickr

Патрик Коппенбург, Голландский национальный институт субатомной физики и Гарри Клифф, Кембриджский университет

Теория крошечных частиц не завершена. Но новые открытия помогают ученым расширять его.

Мужчина арестован во время акции протеста против Закона о национальной безопасности Гонконга в июле 2020 года.Мигель Кандела / EPA

Джемма Уэр, Разговор и Даниэль Мерино, Разговор

Кроме того, новое исследование находит способ ускорить поиск темной материи. Послушайте 4-ю серию еженедельника The Conversation Weekly.

Прототип нашего нового плазменного ускорителя частиц. Отчет о концептуальном дизайне EuPRAXIA

Джанлука Сарри, Королевский университет Белфаста,

Компактные ускорители в 100 раз меньше традиционных и легко помещаются в больницах и лабораториях.

О темной материи можно судить по целому ряду физических ключей Вселенной. НАСА

Бенджамин Брубейкер, Университет Колорадо в Боулдере,

Исследователи нашли способ ускорить поиск темной материи с помощью технологий квантовых вычислений. Сжимая квантовый шум, детекторы теперь могут искать аксионы в два раза быстрее.

Свет заходящего солнца, отражающийся от грозовых облаков, может давать яркие оттенки розового, пурпурного и оранжевого. Джейк Кларк

Джейк Кларк, Университет Южного Квинсленда и Наталиа Лоусон, Университет Южного Квинсленда

Это все связано с солнечным светом и воздушным покровом, окутывающим Землю, называемым «атмосферой».

Во Вселенной много материи, вот туманность из пыли и газа «Кошачья лапа». НАСА

Ларс Эклунд, Университет Глазго

Возможно, потребуется новая физика, чтобы объяснить, почему во Вселенной больше материи, чем антивещества.

Извержение Питон-де-ла-Фурнез, 2015 г.Грег де Серра / Flickr

Франсуа Ваннуччи, Парижский университет

Изучение нейтрино, образующихся в недрах Земли, позволяет лучше понять радиоактивность нашей планеты.

Новая математика показала, что линии энергии можно использовать для описания Вселенной. zf L / Момент через Getty Images

Ларри М.Сильверберг, Государственный университет Северной Каролины,

Теория поля описывает Вселенную как энергию, текущую по бесконечным линиям. С этой точки зрения можно определить новый фундаментальный строительный блок материи.

Остаток сверхновой Кассиопея А. НАСА

Пол Киберд, Университет Брюнеля, Лондон,

Когда ученые создали частицу Хиггса с протонами, им понадобился Большой адронный коллайдер шириной 10 км.Мюонная машина могла бы достичь этого с диаметром всего 200 метров.

Аномалии в экспериментах по ядерной физике могут показывать признаки новой силы. Shutterstock

Селин Бём, Сиднейский университет и Тибор Кибеди, Австралийский национальный университет

Недавний эксперимент с атомными ядрами трудно согласовать с нашим нынешним пониманием физики.

Квантовые частицы на самом деле не просто частицы … они также волны. Shutterstock / agsandrew

Говард Уайзман, Университет Гриффита,

Знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга подвергается испытанию, чтобы увидеть, действительно ли в квантовом мире есть неопределенность.

Двигайся, Большой адронный коллайдер.ЦЕРН

Гарри Клифф, Кембриджский университет

Новый коллайдер в ЦЕРНе может подтолкнуть физику элементарных частиц к неизведанным микроскопическим областям.

Детектор CMS. Лаура Гилкрист / Flickr

Роджер Барлоу, Университет Хаддерсфилда

Ученые из Большого адронного коллайдера Церна обнаружили нечто, что может заставить нас отказаться от всего, что, как мы думали, мы знали о мире на уровне частиц.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.