إعادة تشغيل مصادم هادرون الكبير والبحث عن قوة خامسة من قوى الطبيعة | مصادم هادرون كبير

ال مصادم هادرون كبير ستستأنف (LHC) يوم الجمعة بعد توقف دام ثلاث سنوات ، ومن المتوقع أن تحل مشكلة علمية حول ما إذا كان شذوذ غامض يمكن أن يشير إلى وجود قوة أساسية خامسة للطبيعة.

النتائج المحيرة ذكرت العام الماضي أعاد إشعال الآمال في أن المصادم الذي يبلغ طوله 20 ميلاً يمكن أن يحقق اكتشافًا ضخمًا ثانيًا ، بعد أكثر من عقد من الزمان بوزون هيغز.

قال الدكتور ميتش باتيل ، عالم فيزياء الجسيمات في إمبريال كوليدج لندن والذي كان فريقه مسؤولاً عن أبحاث العام الماضي: “نحن نذهب في هذا السباق بمزيد من التفاؤل بإمكانية حدوث ثورة قادمة. تشابك الاصابع.”

حتى الآن ، كل ما تم اكتشافه في LHC – بما في ذلك Higgs – يتماشى مع ما يسمى النموذج القياسي. كانت هذه هي النظرية الموجهة لفيزياء الجسيمات منذ سبعينيات القرن الماضي ، ولكن من المعروف أنها غير مكتملة لأنها فشلت في تفسير بعض أعمق الألغاز في الفيزياء ، مثل طبيعة المادة المظلمة.

لكن، البيانات التي تم جمعها في تجربة LHCb، أحد أربعة أجهزة كشف جسيمات ضخمة في Cern في سويسرا ، يبدو أنه يُظهر أن الجسيمات تتصرف بطريقة لا يمكن تفسيرها من خلال النموذج القياسي.

نظرت التجربة في اضمحلال جسيمات تسمى كواركات الجمال ، والتي من المتوقع أن تتحلل بمعدل متساوٍ إلى إلكترونات وأبناء عمومتها الأثقل ، الميونات. ومع ذلك ، يبدو أن كواركات الجمال تتحول إلى ميونات أقل بنسبة 15٪ ، مما يشير إلى أن عاملاً غير معروف – يحتمل أن يكون قوة جديدة – كان يقلب الموازين. يتضمن اثنان من أفضل المرشحين جسيمات افتراضية تحمل القوة تسمى leptoquarks أو Z primes.

قال باتيل: “المخاطر كبيرة للغاية”. “إذا أكدنا ذلك ، فستكون ثورة من النوع الذي لم نشهده – بالتأكيد في حياتي. أنت لا تريد أن تفسد الأمر “.

قبل إيقاف تشغيل LHC للترقية في عام 2018 ، جمع الفريق ما يكفي من البيانات للإشارة إلى أن الاحتمالات كانت تقريبًا ألف إلى نتيجة تحدث بالصدفة. لكن المعيار الذهبي لفيزياء الجسيمات هو معيار أكثر صرامة في مستوى ثقة يبلغ 3.5 متر ، مما يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من البيانات قبل الإعلان عن الاكتشاف. هناك أيضًا احتمال طويل الأمد بأن بعض الخلل التجريبي غير المعروف يمكن أن يفسر النتائج.

قال باتيل: “عندما تُظهر هذه النتيجة لعلماء فيزياء الجسيمات ، فإن الغريزة الأولى هي ،” لقد أخفقت يا رفاق “بدلاً من أن تكون قوة جديدة من قوى الطبيعة”. “نحن الفيزيائيين نحب أن نكون فوق اليقين وأن نخرج من الجانب الآخر.”

في العام الماضي ، زاد التوقع من خلال المزيد من التلميحات المثيرة للاهتمام للفيزياء بما يتجاوز النموذج القياسي الذي شوهد في التجارب الأخرى ، بما في ذلك التجارب الحديثة نتائج غير مفسرة من Fermilab في الولايات المتحدة.

قال البروفيسور جون باتروورث من جامعة كوليدج لندن ، الذي يعمل على تجربة أطلس لمصادم الهادرونات الكبير: “يبدو أن هناك مجموعة من الخيوط السائبة الآن”. “لقد جعلني ذلك أبدأ في التفكير أنه قد يكون هناك شيء ما في متناول اليد من هذا السباق أو الجولة التالية.”

قال بتروورث إنه إذا فشل المصادم LHC في الكشف عن علم جديد يتجاوز النموذج القياسي ، فإن هذا لن يمثل فشلاً ولكنه سيترك المجال “في مأزق قليلاً” حول المكان الذي يجب أن ننظر فيه بعد ذلك.

من المتوقع أن تستمر الجولة الثالثة حتى عام 2026 ، بعد ترقية تضمنت تركيب مغناطيس قوي إضافي مصمم لضغط البروتونات داخل المصادم في حزم أكثر دقة وأكثر كثافة. سيؤدي ذلك إلى زيادة معدل اصطدام الجسيمات داخل المسرع ، مما يعني أن العلماء سيكونون قادرين على مراقبة الأحداث النادرة بدقة أكبر.

قال أشوتوش كوتوال ، عالم فيزياء الجسيمات التجريبية في جامعة ديوك في الولايات المتحدة والرئيس المشارك لمجموعة بحثية في تجربة أطلس لمصادم الهادرونات الكبير: “لا تزال إمكانية اكتشاف أفكار جديدة كبيرة جدًا. تجدر الإشارة إلى أن البيانات التي جمعناها حتى الآن لا تزيد عن عُشر إجمالي البيانات التي نخطط لها. من السابق لأوانه فقدان القلب “.