양성자를 함께 부수는 것은 한 가지입니다. 남은 잔해를 과학적으로 이해하는 것은 또 다른 일입니다.
이것은 세계에서 가장 크고 가장 강력한 입자 가속기 인 대형 Hadron Collider가있는 실험실 인 Cern의 상황입니다. 충돌로 생성 된 모든 데이터를 이해하기 위해 실험적인 물리학 자와 이론적 물리학자는 지속적으로 앞뒤로 관여합니다. 실험가들은 Higgs Boson의 정확한 특성을 측정하는 것과 같은 점점 더 복잡한 실험 목표를 제시합니다. 야심 찬 목표는 이론가들이 책임을지는 정교한 이론적 계산을 요구하는 경향이있다. 이탈리아 파두아 대학교의 이론적 물리학자인 피에 파올로 마스 트롤 리아 (Pierpaolo Mastrolia)는 실험 물리학 자의“위시리스트는 항상 많은 복잡한 과정으로 가득 차있다”고 말했다. "그러므로 우리는 합리적인 시간에 계산할 수있는 일부 프로세스를 식별합니다."
."프로세스"에 의해 Mastrolia는 입자가 충돌 한 후 전개되는 일련의 사건을 언급하고 있습니다. 예를 들어, 한 쌍의 글루온은 일련의 중간 단계 (다른 입자로 변형되는 입자)를 통해 Higgs Boson을 형성하여 여전히 더 많은 입자로 붕괴 될 수 있습니다. 일반적으로 물리학 자들은 더 많은 수의 입자와 관련된 과정을 연구하는 것을 선호합니다. 추가 된 복잡성은 오늘날 최고의 이론에 의해 설명되지 않은 물리적 효과를 찾는 데 도움이되기 때문입니다. 그러나 각 추가 입자에는 더 많은 수학이 필요합니다.
이 수학을 수행하기 위해 물리학 자들은 Feynman 다이어그램이라는 도구를 사용합니다. Feynman 다이어그램은 본질적으로 스틱 피겨 도면의 모양을 가진 회계 장치입니다. 입자는 정점에서 충돌하여 새로운 입자를 생성하는 선으로 표시됩니다. 물리학 자들은 실험이 처음부터 끝까지 따라갈 수있는 모든 가능한 경로의 적분을 취하고 그 적분을 함께 추가합니다. 가능한 경로의 수가 증가함에 따라, 이론가들이 계산 해야하는 적분의 수와 각 개별 통합 계산의 어려움은 급격히 증가합니다.
그들이 공부하고 싶은 충돌의 종류를 결정할 때 물리학 자들은 두 가지 주요 선택을 할 수 있습니다. 먼저, 그들은 초기 상태 (출시)에서 고려하고자하는 입자의 수와 최종 상태 (외출)를 결정합니다. 대부분의 실험에서, 그것은 두 개의 들어오는 입자와 1 개의 나가는 입자 (Feynman 다이어그램의“다리”)입니다. 그런 다음 고려할 "루프"의 수를 결정합니다. 루프는 초기 상태와 최종 상태 사이에서 발생할 수있는 모든 중간 충돌을 나타냅니다. 더 많은 루프를 추가하면 측정의 정밀도가 높아집니다. 또한 Feynman 다이어그램 계산의 부담을 크게 추가합니다. 일반적으로, 루프와 다리 사이에는 상충 관계가 있습니다. 더 많은 루프를 고려하려면 다리를 적게 고려해야합니다. 다리를 더 많이 고려하고 싶다면 몇 루프로 제한됩니다.
“두 개의 고리로 가면 다리의 가장 큰 수는 두 개입니다. 사람들은 두 개의 루프에서 나가는 세 개의 입자를 향해 밀어 붙이고 있습니다. 그것은 실제로 최신의 최첨단을 넘어서는 경계입니다.”라고 Cern의 이론적 물리학자인 Gavin Salam은 말했습니다.
.물리학자는 이미 트리 레벨 (제로 루프)에 대한 확률을 계산하는 도구와 하나의 입자가 들어오고 나오는 1 루프 다이어그램을 계산할 수있는 도구가 있습니다. 그러나 그보다 더 많은 루프를 설명하는 것은 여전히 주요 도전이며 궁극적으로 LHC에서 달성 할 수있는 발견의 제한 요인이 될 수 있습니다.
Mastrolia는“우리가 입자를 발견하고 그 특성, 스핀, 질량, 각 운동량 또는 다른 입자와의 커플 링을 결정하고 고위 계산이 필요하다”고 말했다.
그렇기 때문에 많은 사람들이 Feynman 다이어그램과 최근 기사“입자 충돌에서 발견 된 이상한 숫자”에서 설명한 숫자 이론 사이의 새로운 연결에 대해 흥분하는 이유입니다. 수학자와 물리학자가 둘 이상의 루프 다이어그램에서 생성 된 값에서 패턴을 식별 할 수 있다면 계산은 훨씬 간단해질 것이며 실험가는 가장 관심있는 충돌의 종류를 연구하는 데 필요한 수학을 가질 것입니다.
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