بناءً على مشاركتهم القوية في CERN، أجرى فريق جامعة روتشستر مؤخرًا قياسات “دقيقة بشكل لا يصدق” لزاوية الخلط الكهروضعيفة، وهي جزء مهم من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. الائتمان: صموئيل جوزيف هيرتزوج. جوليان ماريوس أوردان
باحثون من جامعة روتشستر، يعملون مع تعاونية CMS في سيرنلقد أحرزوا تقدمًا كبيرًا في قياس زاوية الخلط الكهروضعيف، وبالتالي تحسين فهمنا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.
يساعد عملهم في تفسير القوى الأساسية للكون، مدعومة بتجارب مثل تلك التي أجريت في مصادم الهادرونات الكبير، والتي تستكشف ظروفًا مشابهة لتلك التي أعقبت سقوط الأرض. الانفجار العظيم.
كشف أسرار عالمية
في سعيهم لفك أسرار الكون، شارك الباحثون في جامعة روتشستر لعقود من الزمن في التعاون الدولي داخل المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، المعروفة أكثر باسم CERN.
بناءً على التزامه الكبير تجاه CERN، بما في ذلك التعاون مع Compact Muon Solenoid (CMS)، حقق فريق روتشستر، بقيادة آري بوديك، أستاذ الفيزياء بجامعة جورج إي. باك، مؤخرًا إنجازًا بارزًا. يتعلق إنجازه بقياس زاوية الخلط الكهروضعيفة، وهي عنصر حاسم في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. يصف هذا النموذج كيفية تفاعل الجسيمات ويتنبأ بدقة بالعديد من الظواهر في الفيزياء وعلم الفلك.
يقول بوديك: “إن القياسات الحديثة لزاوية الخلط الكهروضعيف دقيقة بشكل لا يصدق، وتم حسابها من اصطدامات البروتونات في CERN، وتضيف إلى فهم فيزياء الجسيمات”.
ال التعاون في نظام إدارة المحتوى يجمع أعضاء مجتمع فيزياء الجسيمات من جميع أنحاء العالم لفهم القوانين الأساسية للكون بشكل أفضل. بالإضافة إلى بوديك، تضم مجموعة روتشستر بالتعاون مع CMS الباحثين الرئيسيين ريجينا ديمينا، أستاذة الفيزياء، وأران جارسيا بيليدو، أستاذ مشارك في الفيزياء، بالإضافة إلى زملاء أبحاث ما بعد الدكتوراه وطلاب الدراسات العليا والجامعية.
يتمتع باحثو جامعة روتشستر بتاريخ طويل من العمل في CERN كجزء من تعاون Compact Muon Solenoid (CMS)، بما في ذلك لعب دور رئيسي في اكتشاف بوزون هيغز عام 2012. الائتمان: صموئيل جوزيف هيرتزوج. جوليان ماريوس أوردان
إرث من الاكتشاف والابتكار في CERN
يقع CERN في جنيف بسويسرا، وهو أكبر مختبر فيزياء الجسيمات في العالم، ويشتهر باكتشافاته الرائدة وتجاربه المتطورة.
يتمتع الباحثون في روتشستر بتاريخ طويل من العمل في CERN كجزء من تعاون CMS، بما في ذلك لعب دور رئيسي في 2012 اكتشاف بوزون هيغز– جسيم أولي يساعد في تفسير أصل الكتلة في الكون.
يتضمن عمل التعاون جمع وتحليل البيانات التي تم جمعها بواسطة كاشف الملف اللولبي للميون المدمج في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) التابع لـ CERN، وهو أكبر وأقوى مسرع للجسيمات في العالم. يتكون المصادم LHC من حلقة طولها 17 ميلًا من مغناطيسات فائقة التوصيل وهياكل متسارعة مبنية تحت الأرض وتمتد عبر الحدود بين سويسرا وفرنسا.
الهدف الرئيسي لمصادم الهادرونات الكبير (LHC) هو استكشاف العناصر الأساسية للمادة والقوى التي تحكمها. يقوم بذلك عن طريق تسريع حزم البروتونات أو الأيونات لتقترب من سرعة الضوء وتحطيمها معًا في طاقات عالية للغاية. تعمل هذه الاصطدامات على إعادة خلق ظروف مشابهة لتلك التي كانت موجودة بعد أجزاء من الثانية من الانفجار الكبير، مما يسمح للعلماء بدراسة سلوك الجسيمات في الظروف القاسية.
تفكيك القوى الموحدة
في القرن التاسع عشر، اكتشف العلماء أن القوى المختلفة للكهرباء والمغناطيسية مرتبطة ببعضها: المجال الكهربائي المتغير ينتج مجالًا مغناطيسيًا والعكس صحيح. ويشكل هذا الاكتشاف أساس الكهرومغناطيسية، التي تصف الضوء كموجة وتفسر العديد من الظواهر البصرية، بينما تصف كيفية تفاعل المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
وبناءً على هذا الفهم، اكتشف الفيزيائيون في الستينيات أن الكهرومغناطيسية مرتبطة بقوة أخرى: القوة الضعيفة. تعمل القوة الضعيفة في نوى الذرات وهي مسؤولة عن عمليات مثل الاضمحلال الإشعاعي وتشغيل إنتاج الطاقة الشمسية. أدى هذا الاكتشاف إلى تطوير النظرية الكهروضعيفة، التي تفترض أن الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة هما في الواقع مظاهر منخفضة الطاقة لقوة موحدة تسمى التفاعل الكهروضعيف الموحد. وقد أكدت الاكتشافات الرئيسية، مثل بوزون هيغز، هذا المفهوم.
التقدم في التفاعل الكهربائي الضعيف
أجرى تعاون CMS مؤخرًا أحد أكثر القياسات دقة لهذه النظرية حتى الآن، حيث قام بتحليل مليارات من تصادمات البروتونات في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) التابع لـ CERN. كان هدفهم هو قياس زاوية الخلط الضعيفة، وهي معامل يصف كيفية امتزاج القوة الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة لتكوين الجسيمات.
أثارت القياسات السابقة لزاوية الخلط الكهروضعيف جدلاً داخل المجتمع العلمي. ومع ذلك، فإن النتائج الأخيرة تتطابق بشكل وثيق مع توقعات النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. قام ريس تاوس، طالب الدراسات العليا في روتشستر وزميل أبحاث ما بعد الدكتوراه، أليكو خوخونيشفيلي، بتطبيق تقنيات جديدة لتقليل الشكوك المنهجية الكامنة في هذا القياس، وبالتالي تحسين دقته.
إن فهم زاوية الخلط المنخفضة يلقي الضوء على كيفية عمل القوى المختلفة في الكون معًا على أصغر المقاييس، مما يعمق فهم الطبيعة الأساسية للمادة والطاقة.
يقول بوديك: “لقد طور فريق روتشستر تقنيات مبتكرة وقام بقياس هذه المعلمات الكهربائية الضعيفة منذ عام 2010، ثم قام بتطبيقها في مصادم الهادرونات الكبير”. “لقد بشرت هذه التقنيات الجديدة بعصر جديد من اختبار دقة تنبؤات النموذج القياسي. »
