يهدد قياس البوزون غير المتوقع النموذج القياسي للفيزياء

بعد عقد من القياسات الدقيقة ، أعلن العلماء الخميس أن الجسيم الأساسي – دبليو بوزون – له كتلة أكبر بكثير من النظرية ، مما يهز أسس فهمنا لكيفية عمل الكون.

ترتكز هذه الأسس على النموذج القياسي في فيزياء الجسيمات ، وهي أفضل نظرية لدى العلماء لوصف اللبنات الأساسية للكون ، وما هي القوى التي تتحكم فيها.

البوزون W يحكم ما يسمى القوة الضعيفة ، واحدة من أربع قوى أساسية الطبيعة ، وبالتالي ركيزة النموذج القياسي.

لكن بحث جديد نشرت في علم قال إن القياس الأكثر دقة الذي تم إجراؤه لـ W Boson يتناقض بشكل مباشر مع تنبؤات النموذج.

وقال أشوتوش كوتوال ، الفيزيائي في جامعة ديوك الذي قاد الدراسة ، لوكالة فرانس برس إن النتيجة استغرقت أكثر من 400 عالم على مدى 10 سنوات لفحص أربعة ملايين بوزون مرشح من “مجموعة بيانات تضم حوالي 450 تريليون تصادم”.

هذه الاصطدامات – التي حدثت عن طريق تحطيم الجسيمات معًا بسرعات مذهلة لدراستها – تم إجراؤها بواسطة مصادم تيفاترون في ولاية إلينوي الأمريكية.

كان مسرع الجسيمات الأعلى طاقة في العالم حتى عام 2009 ، عندما حل محله مصادم هادرون كبير بالقرب من جنيف ، والتي اشتهرت بملاحظة هيغز بوزون بعد بضع سنين.

توقف Tevatron عن العمل في عام 2011 ، لكن العلماء في Collider Detector في Fermilab (CDF) قاموا بحساب الأرقام منذ ذلك الحين.

رسم بياني يوضح الجسيمات الأساسية للنموذج القياسي. (ScienceAlert)

“شقوق” في النموذج

قال هاري كليف ، عالم فيزياء الجسيمات بجامعة كامبريدج والذي يعمل في مصادم الهادرونات الكبير ، إن النموذج القياسي هو “على الأرجح أنجح نظرية علمية تم تدوينها على الإطلاق”.

وقال “يمكن أن تقدم تنبؤات دقيقة بشكل خيالي”. ولكن إذا ثبت أن هذه التنبؤات خاطئة ، فلا يمكن تعديل النموذج فقط.

وقال كليف لفرانس برس “إنه مثل بيت من ورق ، تسحب قطعة منه كثيرا ، كل شيء ينهار”.

لا يخلو النموذج القياسي من مشاكله.

على سبيل المثال ، لا يأخذ في الحسبان المادة المظلمةالتي جنبا إلى جنب مع الطاقة المظلمة يُعتقد أنه يشكل 95 بالمائة من الكون. تقول أيضًا أن الكون لا يجب أن يكون موجودًا في المقام الأول ، لأن الانفجار العظيم كان يجب أن يبيد نفسه.

علاوة على ذلك ، “تم الكشف مؤخرًا عن بعض الشقوق” في النموذج ، كما قال الفيزيائيون في أحد المصاحبين علم شرط.

قال كوتوال: “في هذا الإطار من القرائن على أن هناك قطعًا مفقودة من النموذج القياسي ، قدمنا ​​دليلًا آخر مهمًا للغاية وكبيرًا إلى حد ما”.

قال جان ستارك ، الفيزيائي ومدير الأبحاث في معهد CNRS الفرنسي ، “هذا إما اكتشاف رئيسي أو مشكلة في تحليل البيانات” ، متنبئًا “بمناقشات محتدمة في السنوات القادمة”.

وصرح لوكالة فرانس برس ان “الادعاءات غير العادية تتطلب ادلة استثنائية”.

‘صفقة ضخمة’

قال علماء CDF إنهم حددوا كتلة بوزون W بدقة 0.01 في المائة – ضعف دقة الجهود السابقة.

وقارنوه بقياس وزن غوريلا تزن 350 كيلوغراماً (800 رطل) و 40 غراماً (1.5 أونصة).

وجدوا أن البوزون كان مختلفًا عن تنبؤ النموذج القياسي بسبعة انحرافات معيارية ، والتي تسمى أيضًا سيجما.

قال كليف إنه إذا كنت تقلب عملة معدنية ، “فإن فرص الحصول على نتيجة خمسة سيجما عن طريق الحظ البكم هي واحد من ثلاثة ملايين ونصف المليون”.

قال: “إذا كان هذا حقيقيًا ، وليس تحيزًا منهجيًا أو سوء فهم لكيفية إجراء الحسابات ، فهذه صفقة ضخمة لأنها تعني أن هناك مكونًا أساسيًا جديدًا لكوننا لم نكتشفه من قبل”.

“ولكن إذا كنت ستقول شيئًا كبيرًا مثل كسرنا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، وهناك جسيمات جديدة لاكتشافها ، لإقناع الناس بأنك ربما تحتاج إلى أكثر من قياس واحد من أكثر من تجربة واحدة . “

وقال المتحدث باسم CDF ديفيد توباك إن “الأمر متروك الآن لمجتمع الفيزياء النظرية والتجارب الأخرى لمتابعة هذا وإلقاء الضوء على هذا اللغز”.

وبعد عقد من القياسات ، لم يتم إجراء Kotwal بعد.

“نحن نتبع القرائن ولا ندخر وسعا دون أن نقلبه ، لذلك سنكتشف ما يعنيه هذا.”

© وكالة فرانس برس