Jouet Du Diable. Une Nouvelle Particule Du Collisionneur Menace De Détruire Toute La Physique - Vue Alternative

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Jouet Du Diable. Une Nouvelle Particule Du Collisionneur Menace De Détruire Toute La Physique - Vue Alternative
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Vidéo: Jouet Du Diable. Une Nouvelle Particule Du Collisionneur Menace De Détruire Toute La Physique - Vue Alternative

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Anonim

Les scientifiques travaillant dans le cadre de la collaboration CMS ont rapporté la découverte probable d'une particule inconnue se désintégrant en muons d'une masse totale de 28 GeV. Actuellement, aucun modèle théorique ne prédit l'existence de cette particule, mais les scientifiques espèrent que cette anomalie n'est pas le résultat d'une erreur statistique. La pré-impression d'observation est disponible dans le référentiel arXiv.org. Nous vous parlerons en détail de l'étude, qui peut s'avérer à la fois une découverte révolutionnaire et une autre bouffée.

Bobine infernale

Le solénoïde compact muon, ou CMS (solénoïde muon compact), est un grand détecteur de particules élémentaires situé au niveau du grand collisionneur de hadrons (LHC). Cet appareil géant d'un diamètre de 15 mètres et d'un poids de 15 000 tonnes est conçu pour rechercher une nouvelle physique - une physique au-delà du modèle standard. Si le modèle standard décrit les propriétés de toutes les particules élémentaires connues (et certaines n'ont pas encore été confirmées), alors les hypothèses dans le cadre de la nouvelle physique tentent d'expliquer divers phénomènes qui restent encore un mystère pour les scientifiques.

Selon l'une des hypothèses - supersymétrie - chaque particule élémentaire connue correspond à un superpartenaire de masse plus lourde. Par exemple, le partenaire de l'électron, qui est le fermion, est le boson sélectron, et le partenaire du gluon (qui est le boson) est le fermion gluino. Cependant, le manque de résultats pour confirmer la supersymétrie a conduit au fait que ce modèle est abandonné par de plus en plus de scientifiques.

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Des collisions proton-proton ont lieu à l'intérieur du détecteur. Chaque proton est composé de trois quarks qui sont maintenus ensemble par le champ de gluons. À une vitesse élevée, comparable à la vitesse de la lumière, le champ de gluons se transforme en une «soupe» de particules - gluons. Lors d'une collision frontale de protons, seuls quelques quarks ou gluons interagissent les uns avec les autres, le reste des particules s'envolent sans entrave. Il se produit des réactions qui produisent de nombreuses particules à courte durée de vie, et divers détecteurs CMS enregistrent leurs produits de désintégration, y compris les muons. Les muons ressemblent à des électrons, mais 200 fois plus massifs.

À l'aide de détecteurs situés à l'extérieur du solénoïde, les scientifiques sont en mesure de suivre les trajectoires des muons avec une grande précision et de déterminer ce qui a exactement causé l'apparition d'une particule particulière. Un grand nombre de collisions proton-proton est nécessaire pour augmenter les chances de produire une particule rare qui se désintègre en muons. Cela génère une quantité astronomique de données (environ 40 téraoctets par seconde), et afin de trouver rapidement quelque chose d'inhabituel en eux, un système de déclenchement spécial est utilisé, qui décide des informations à enregistrer.

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Le fantôme à l'intérieur

Le CMS, ainsi que le détecteur ATLAS, également situé au LHC, ont été utilisés pour rechercher le boson de Higgs prédit par le modèle standard. Cette particule est responsable de la masse des bosons W et Z (porteurs de l'interaction faible) et du manque de masse dans le photon et le gluon. En 2012, le boson de Higgs d'une masse de 125 GeV a été découvert. Cependant, les scientifiques pensent qu'il pourrait y avoir d'autres bosons de Higgs de masse inférieure en dehors du modèle standard. Ils sont prédits par le modèle de Higgs à deux doublets et le NMSSM (modèle standard supersymétrique quasi minimal). Malgré tous les tests expérimentaux, les scientifiques n'ont toujours pas été en mesure de prouver ou de réfuter ces hypothèses.

Les scientifiques du CMS recherchent d'autres particules exotiques légères. Ceux-ci incluent, par exemple, les photons sombres - porteurs d'une interaction fondamentale complètement nouvelle, rappelant l'électromagnétique, et qui sont analogues aux photons pour la matière noire. Une autre particule hypothétique est l'analogue sombre du boson Z.

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Les physiciens ont mené une expérience pour trouver des preuves de l'existence d'un boson léger, qui est émis par une paire de jolis quarks (b-quarks) et se désintègre en un muon et un anti-muon. Au cours de l'expérience de collisions proton-proton à une énergie du système du centre de masse (un système dans lequel les particules ont des impulsions égales et dirigées de façon opposée) égale à 8 TeV, un certain nombre d'événements ont été enregistrés qui sont probablement associés à un boson hypothétique.

Le premier type d'événements comprend l'apparition d'un jet de quarks b au centre du détecteur et sa partie avant, et le second - l'apparition de deux jets au centre et aucun jet dans la partie avant. Dans les deux cas, un excès de paires de muons émergentes a été observé et la masse des paires, comme le montre l'analyse ultérieure, a atteint 28 GeV. La différence entre le nombre de paires de muons et les valeurs de fond pour les événements du premier type est de 4,2 écart-type (sigma), et pour les événements du second type, elle est de 2,9 sigma.

Mort de la physique

En physique des particules, une différence de cinq sigma indique une certaine existence d'une anomalie qui n'aurait pas pu survenir par hasard. Cependant, si la différence se situe dans la gamme 3-5 sigma, alors les physiciens disent que cela indique seulement l'existence d'une nouvelle particule. Dans ce dernier cas, il est nécessaire d'obtenir beaucoup plus de données pour confirmer (ou réfuter) le résultat, afin d'exclure les erreurs de traitement et d'interprétation des données. Si tout est confirmé, alors nous pouvons dire que les muons apparaissent en raison de la désintégration d'une particule de Nouvelle Physique.

Ce n'est pas la première fois qu'un phénomène est observé au LHC qui ne rentre pas dans le modèle standard. En 2016, des physiciens ont annoncé la découverte de signes de l'existence d'une résonance correspondant à une particule massive de courte durée. Il a été enregistré en 2015 comme un excès de paires de photons d'une masse totale de 750 GeV, dans lesquels cette particule se désintègre. En d'autres termes, cette particule aurait dû être six fois plus massive que le boson de Higgs. Cependant, l'analyse des données collectées ultérieurement au collisionneur n'a pas confirmé ce résultat.

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Jusqu'à présent, les physiciens n'ont trouvé aucune trace fiable de l'existence de la nouvelle physique. Cependant, il ne fait aucun doute qu'il devrait exister, car le modèle standard est incapable d'expliquer des phénomènes tels que le problème de la hiérarchie des masses de fermions (un hypothétique boson de Goldstone est introduit pour le résoudre), l'existence de la masse dans les neutrinos, l'asymétrie de la matière et de l'antimatière, l'origine de l'énergie noire, etc. La présence même de matière noire dans l'Univers suppose toute une classe de particules hypothétiques aux propriétés exotiques qui la composent. Paradoxalement, tout ce que les scientifiques ont pu faire jusqu'à présent est de confirmer expérimentalement le modèle standard épuisé.

Certains scientifiques suggèrent que s'il est possible de prouver la nouvelle physique, cela devrait être fait dans un avenir très proche, dans les prochaines années. Sinon, il sera possible de craindre sérieusement que l'humanité ne puisse plus faire de découvertes significatives. Il est encourageant de constater que de plus en plus d'anomalies ont été trouvées sur les accélérateurs ces derniers temps, ce qui laisse entendre que les scientifiques sont sur le point de faire quelque chose de complètement nouveau.

Alexandre Enikeev

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