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澳门新浦京8814com W玻色子质地“超出预期” 天地或存在未被发现的粒子或力

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W玻色子是17种已知的基本粒子之一,其奇特的质地测量效果可能指向未知的粒子或力。 新浪科技讯 北京本领5月9日音书,据海外媒体报道,对W玻色子质地的最新分析标明,这些粒子比粒子物理

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W玻色子是17种已知的基本粒子之一,其奇特的质地测量效果可能指向未知的粒子或力。W玻色子是17种已知的基本粒子之一,其奇特的质地测量效果可能指向未知的粒子或力。

  新浪科技讯 北京本领5月9日音书,据海外媒体报道,对W玻色子质地的最新分析标明,这些粒子比粒子物理学中尺度模子的经营值重得多。物理学家发现,这种传递弱核力的基本粒子似乎比以往经营的重了0.1%澳门新浦京8814com,而恰是这一轻细的各异,可能预示着基础物理学将迎来紧要编削。有关的盘问效果发表在近日的《科学》(Science)杂志上。

  对W玻色子的最新测量效果来自美国伊利诺伊州费米国度加快器本质室的一台旧式粒子对撞机——兆电子伏特加快器(Tevatron)。这是一座始建于1983年的粒子加快器,于2011年9月30日关闭。在此之后,费米本质室对撞机探伤器(CDF)合营面目的简短400名成员陆续分析由Tevatron产生的W玻色子,对普遍可能的相当源进行跟踪,以达到无与伦比的精度水平。

  要是W玻色子联系于尺度表面的经营值“超重0.1%”粗略被寂然证实,那将意味着天地中存在着一些尚未被咱们发现的粒子或力,半个世纪以来的量子物理定律可能将迎来初次紧要改写,这将透彻编削咱们看待全国的模式。希格斯玻色子很合适之前已知的图景,但这次发现将开启一个全新的边界。要是新盘问效果得到考据,其真义以至可能与2012年发现的希格斯玻色子相比美。

  现在,物理学界正孔殷地寻找粒子物理学尺度模子存在的劣势,而这一发现恰逢当时。尺度模子是一组形貌强力、弱力和电磁力这三种基本力及组成通盘物资基本粒子的方程,在粒子物理学中长久占据主导地位,简直涵盖了通盘已知的粒子和力。但是,尺度模子仍被以为是不完整的,还有好多未解之谜有待解释,比如暗物资的性质等。CDF合营面目的细致记载使得他们的新测量效果极度真的,从而对尺度模子组成了挑战。

  不外,还莫得人开香槟庆祝。尽管单独来看,新的W玻色子质地测量效果与尺度模子的经营有较大各异,但其他测量本质产生的效果却莫得这样备受瞩目(尽管不够精准)。举例,2017年,欧洲大型强子对撞机(LHC)的ATLAS本质测量了W玻色子的质地,发现只比尺度模子的经营值重了少量点——只极度于一根头发的分量。CDF和ATLAS之间不一致的效果标明,其中至少有一个团队忽略了本质中的一些顺耳的乖癖之处。

  要是CDF的效果得到证实,盘问人员也想了解它与之前测量效果之间的各异,大泰西两岸的W玻色子必须是通常的才对,这是一项里程碑式的责任,但咱们也很难清晰该奈那里理它。

  W玻色子

CDF面目是在Tevatron粒子加快器6.3公里环上不同位置进行的两个本质之一,图中透露的是2001年安装的经由。  CDF面目是在Tevatron粒子加快器6.3公里环上不同位置进行的两个本质之一,图中透露的是2001年安装的经由。

  W玻色子和Z玻色子是雅致传递弱核力的基本粒子,于1983年被发现,被以为是尺度模子的一大生效。W玻色子因弱核力的“弱”(Weak)而得名。弱核力又称弱互相作用或弱力,是天地的四种基本力之一。与万有引力、电磁力和强核力(强互相作用)不同,弱核力并不会奈何推或拉,而是将较重的粒子转机为较轻的粒子。举例,一个μ介子自愿衰变为W玻色子和一个中微子,然后,W玻色子又衰酿成一个电子和另一个中微子。有关的亚原子形变会产生辐射性,这如故由不错使太阳光延续映照。

  在往日40年里,盘问人员通过各式万般的本质测量了W和Z玻色子的质地。事实证明注解,W玻色子的质地是一个终点诱人的盘问目的。当其他粒子的质地被粗略测量并行为当然事实被继承时,W玻色子的质地却只可通过在尺度模子方程中聚会一些其他可测量的量子性质来经营。

  几十年来,费米本质室和其他盘问机构的本质物理学家们一直在行使W玻色子周围的连续聚集,试图探伤到与其有关的其他粒子。一朝盘问人员精准测量了对W玻色子质地影响最大的项——如电磁力的强度和Z玻色子的质地——他们就不错启动检测对其质地影响较小的其他成分。

  通过这种要津,物理学家在20世纪90年代经营了一种叫做顶夸克的粒子的质地。顶夸克通过强力与其他基本粒子互相作用,通过弱力衰变为W玻色子和底夸克。1995年,物理学家探伤并细则了顶夸克的质地。2000年,物理学家们又肖似了这一豪举:在发现希格斯玻色子之前经营了它的质地。

  但是,尽照看论物理学家们有各式原理期待顶夸克和希格斯玻色子的存在,并通过尺度模子方程将其与W玻色子关系起来,但今天的表面并莫得显着缺失的部分。W玻色子质地的任何各异都指向未知。

  测量W玻色子的质地

费米本质室的Tevatron粒子对撞机也曾是全国上最刚劲的加快器。费米本质室的Tevatron粒子对撞机也曾是全国上最刚劲的加快器。

  CDF面目对W玻色子质地的最新测量所以Tevatron在2002年到2011年间产生的简短400万个W玻色子的分析为基础来完成的。当Tevatron用质子来撞击反质子时,W玻色子时时会在随后的精深中出现。然后W玻色子会衰变为一个中微子和一个μ介子或电子,后两者都不错径直探伤到。μ子或电子越快,产生它的W玻色子就越重。

  美国杜克大学的物理学家阿舒托什•科特瓦尔是CDF最近这些合营分析的幕后推手,他的办事糊口都勤勉于于完善这一框架。W玻色子本质的中枢是一个装有3万根高压导线的圆柱形腔室,当μ介子或电子穿过其中时,这些高压导线就会发生反映,从而使CDF的盘问人员推断出粒子的旅途和速率。了解每根导线真的切位置是赢得粒子精准轨迹的环节。在进行新的分析时,科特瓦尔和他的共事行使了从天外中以天地射线面目落下的μ介子。这些粒子像枪弹通常,以近乎完好的直线穿过探伤器,让盘问人员粗略探伤到任何不自如的导线,并将导线的位置固定在1微米以内。

  盘问人员还花了数年本领在数据发布之间进行详备的交叉查抄,以寂然的模式肖似测量效果,以确保充分了解Tevatron的每一个特质。与此同期,W玻色子的测量值积存得越来越快。CDF最近一份分析讲演发布于2012年,涵盖了Tevatron头五年的数据。在接下来的四年里,数据量又翻了两番。“它就像消防水管的水通常冲过来,比你喝水的速率还快,”科特瓦尔说道。

  距离临了一次分析近十年后,CDF合营面目终于公布了效果。在2020年11月的一次Zoom会议上,科特瓦尔按下一个按键,解密了该团队的效果(他们使用了加密数据,使得数字不会影响他们的分析)。在座的物理学家们堕入缄默,似乎都在思索这些效果意味着什么。他们发现,W玻色子的质地为804.33亿电子伏特(MeV),相当在9MeV支配。这使得它比尺度模子经营的要重76MeV,这个相当简短是测量或经营相当的7倍。

  科学家芜俚用多少sigma来判断一项测量的遑急进程,当sigma向上5时,科学家就有信心文书我方取得了细则性的发现,而CDF的测量效果达到了“7 sigma”,不错说吊唁常明确的效果。但是,ATLAS和其他本质的低测量值让盘问人员不得不竭了下来。

  是新的测量有误,照旧意味着新的打破?

费米本质室CDF探伤器的粒子碰撞猜测机图像,透露了一个W玻色子衰酿成一个正电子(左下洋红色块)和一个看不见的中微子(黄色箭头)。  费米本质室CDF探伤器的粒子碰撞猜测机图像,透露了一个W玻色子衰酿成一个正电子(左下洋红色块)和一个看不见的中微子(黄色箭头)。

  跟着Tevatron的关闭,阐述或狡赖CDF测量效果的拖累落在了大型强子对撞机(LHC)上。事实上,该装配已经产生了比Tevatron更多的W玻色子,但其更高的碰撞率使得对W玻色子质地的分析愈加复杂。不外,通过聚集更多的数据——可能是在更低的束流强度下——LHC有望在将来几年贬责这些问题。

  与此同期,表面物理学家们不得不启动思考“超重的”W玻色子可能意味着什么。一个μ介子在衰变为电子时会顷刻地开释出W玻色子,这中间W玻色子不错与其他粒子互相作用,以至与尚未被发现的粒子互相作用。这种与未知粒子的互相作用可能使W玻色子的质地测量出现偏差。

  另一种可能是,较重的W玻色子可能是由另一个希格斯玻色子导致的,它比咱们已知的希格斯玻色子更不活跃。或者,这可能是由于一种新的大质地玻色子介导了一种弱力的变体,或者是由多个粒子组成的“复合”希格斯玻色子,一种新的力将它们聚会在沿路。

  一些表面物理学家怀疑,W玻色子质地的异常可动力于超对称性表面所经营的粒子。超对称性表面是一个得到长久盘问的框架,将物资粒子和承载力的粒子关系起来,为每一个已知的粒子都假设了一个尚未发现的相背类型的粒子——或可称为“拍档”(费米子的超对称粒子)。不外,科学家在大型强子对撞机中一直未能发现超对称粒子,超对称性表面也就不再流行了,但一些表面物理学家仍信服该表面是正确的。

  漂后·海因迈耶和他的合营者最近猜测出,某些超对称粒子粗略贬责另一种假设的与尺度模子不符的时局,即μ子g-2异常。这样一来,这些粒子也可能使W玻色子的质地稍稍高涨,尽管还不及以匹配CDF的测量效果。他说:“匡助咱们盘问g-2的粒子,也可能匡助咱们盘问W玻色子质地,这很特别思。”

  本质物理学家们在精密测量方面的冗忙责任,使盘问人员愈加乐观地以为,期待已久的打破行将到来。总的来说,物理学家正在接近取得打破的本领澳门新浦京8814com,也正在接近真的地越过尺度模子。(任天)

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