물리학 자들은 W Boson이라는 기본 입자가 0.1% 너무 무겁다는 것을 발견했습니다. 이는 기본 물리학의 큰 변화를 예고 할 수있는 작은 불일치입니다.
.측정은 오늘 저널 Science 에보고되었습니다 , 일리노이 주 바타 비아에있는 Fermi National Accelerator Laboratory의 빈티지 입자 콜라이더에서 나온 것은 10 년 전 최종 양성자를 부수 었습니다. Fermilab (CDF) 협업의 콜리더 탐지기 약 400 명은 Collider가 생산 한 W Bosons를 계속 분석하여 Tevatron이라고 불렀으며, 비교할 수없는 수준의 정밀도에 도달하기 위해 무수한 오류 원인을 쫓아 냈습니다.
표준 이론적 예측과 관련된 W의 과도한 HEFT를 독립적으로 확인할 수 있다면, 그 발견은 발견되지 않은 입자 또는 힘의 존재를 암시하고 반세기 동안 양자 물리 법칙의 첫 번째 주요 재 작성을 가져올 것입니다.
.CDF의 일부가 아닌 마드리드의 이론 물리학 연구소의 물리학자인 스벤 하이네 메이어 (Sven Heinemeyer)는“이것은 우리가 세상을 보는 방식에 대한 완전한 변화가 될 것”이라고 말했다. “Higgs는 이전에 알려진 그림에 잘 맞습니다. 이것은 완전히 새로운 지역이 될 것입니다.”
이 발견은 물리학 공동체가 입자 물리학의 표준 모델에서 결함을 굶주리면 모든 알려진 입자와 힘을 포착하는 장기 정렬 방정식 세트입니다. 표준 모델은 불완전한 것으로 알려져 있으며, 다양한 그랜드 미스터리가 암흑 물질의 본질과 같은 해결되지 않은 채로 남겨집니다. CDF 협업의 강력한 실적은 새로운 결과를 표준 모델에 대한 믿을만한 위협으로 만듭니다.
Urbana-Champaign 일리노이 대학교의 이론 물리학자인 Aida El-Khadra는“그들은 수백 가지의 아름다운 측정을 만들었습니다. "그들은 조심하는 것으로 알려져 있습니다."
그러나 아무도 샴페인을 터뜨리지 않습니다. 새로운 W 질량 측정은 단독으로 찍은 표준 모델의 예측에서 완전히 출발하지만 W의 무게를 측정하는 다른 실험은 덜 극적으로 (덜 정확하지만) 결과를 생성했습니다. 예를 들어, 2017 년 유럽 대형 Hadron Collider의 Atlas 실험은 W 입자의 질량을 측정하여 표준 모델이 말하는 것보다 머리카락이 더 무거운 것으로 나타났습니다. CDF와 Atlas 사이의 충돌은 한 그룹 또는 두 그룹이 실험의 미묘한 기발한 기발한 것을 간과했음을 시사합니다.
"나는 그것을 확인하고 이전 측정과의 차이를 이해하고 싶습니다."라고 큰 Hadron Collider를 수용하는 실험실 인 Cern의 물리학자인 Guillaume Unal은 Atlas 실험의 구성원입니다. "W Boson은 대서양의 양쪽에서 동일해야합니다."
매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 노벨상을 수상한 물리학자인 프랭크 윌크 제크 (Frank Wilczek)는“이것은 기념비적 인 작품입니다.
약한 가슴
W Bosons는 Z Bosons와 함께 우주의 4 가지 기본 세력 중 하나 인 약한 힘을 중재합니다. 중력, 전자기 및 강한 힘과 달리, 약한 힘은 무거운 입자를 더 가벼운 입자로 변형시키는 것만 큼 밀거나 당기지 않습니다. 예를 들어, 뮤온은 자발적으로 w 보손과 중성미자로 붕괴되고 W는 전자와 다른 중성미자가된다. 관련 하위 원자 형태 변화는 방사능을 유발하고 태양을 빛나게하는 데 도움이됩니다.
여러 실험은 지난 40 년 동안 W 및 Z Bosons의 질량을 측정했습니다. W Boson의 질량은 특히 매혹적인 목표임을 입증했습니다. 다른 입자 질량은 단순히 자연의 사실로 측정하고 받아 들여야하지만, 표준 모델 방정식에서 소수의 다른 측정 가능한 양자 특성을 결합하여 W 질량을 예측할 수 있습니다.
수십 년 동안 Fermilab과 다른 곳의 실험가들은 추가 입자를 감지하기 위해 W Boson을 둘러싼 연결 웹을 이용했습니다. 연구원들이 전자기력의 강도와 Z의 질량과 같은 숫자에 가장 큰 영향을 미치는 용어를 정확하게 측정 한 후에는 질량을 줄이기 시작할 수 있습니다.
.이 접근법은 물리학 자들이 1990 년대에 1995 년에 탑 쿼크의 발견에 앞서 W의 질량을 깎아내는 Top Quark라는 입자의 질량을 예측할 수있게 해주었다. 그들은 2000 년대에 위업을 반복하여 탐지 전에 Higgs Boson의 질량을 예상했다.
.그러나 이론가들은 최고 쿼크와 iggs가 존재할 것으로 예상하고 표준 모델의 방정식을 통해 W Boson에 연결될 수있는 여러 가지 이유가 있었지만 오늘날 이론에는 분명히 누락 된 부분이 없습니다. W Boson의 질량에 남아있는 불일치는 미지의 것을 지적합니다.
캐치 W '
CDF의 새로운 질량 측정은 2002 년과 2011 년 사이에 테바 트론에서 생산 된 약 4 백만 W 보손의 분석을 기반으로합니다. 테바 트론이 양성자를 안티 프로톤으로 추락했을 때, W Boson은 종종 그 후에 동요에 튀어 나왔습니다. 그런 다음 W는 중성미자와 뮤온 또는 전자로 붕괴 될 수 있으며, 둘 다 간단하게 감지 할 수 있습니다. 뮤온이나 전자가 더 빨라질수록 그것을 생산 한 w 보손이 무겁습니다.
Duke University의 물리학 자이자 CDF 협력의 최근 분석의 원동력 인 Ashutosh Kotwal은 그의 경력을 그 계획을 정제하는 데 전념했습니다. W Boson 실험의 중심부는 뮤온이나 전자가 그들을 통해 날아갈 때 반응하는 30,000 개의 고전압 와이어로 가득 찬 원통형 챔버이며, CDF 연구원들은 입자의 경로와 속도를 유추 할 수 있습니다. 각 와이어의 정확한 위치를 아는 것은 정확한 궤적을 얻는 데 중요합니다. 새로운 분석을 위해 Kotwal과 그의 동료들은 우주 광선으로 하늘에서 비가 내리는 뮤온을 이용했습니다. 이 총알 같은 입자는 거의 완벽하게 직선으로 탐지기를 끊임없이 찢어서 연구원들이 기발한 와이어를 감지하고 전선의 위치를 1 마이크로 미터 이내로 고정시킬 수 있습니다.
.그들은 또한 철저한 교차 점검을 수행하는 데이터 릴리스 사이에서 몇 년을 보냈으며, 독립적 인 방식으로 측정을 반복하여 Tevatron의 모든 특질을 이해한다는 확신을 얻었습니다. 그동안 W Boson 측정은 더 빠르고 빠르게 쌓였습니다. 2012 년에 발표 된 CDF의 마지막 분석은 Tevatron의 첫 5 년간의 데이터를 다루었습니다. 향후 4 년 동안 데이터는 4 배가되었습니다.
Kotwal은“이것은 소방 호스처럼 우리에게 왔습니다.
마지막 분석 후 거의 10 년이 지난 후, 협업이 마침내 공중으로 나타났습니다. 2020 년 11 월 Zoom에 대한 회의에서 Kotwal은 단추의 누름을 사용하여 팀의 결과를 암호화 한 데이터로 작업하여 분석에 영향을 미치지 않았습니다)
.물리학 자들이 대답을 흡수함에 따라 침묵이 떨어졌다. 그들은 W Boson의 무게의 무게가 8,433 백만 전자 볼트 (MEV)이며 9 MEV를 주거나 섭취한다는 것을 발견했습니다. 그것은 표준 모델이 예측하는 것보다 무려 76 meV 무겁고, 측정 또는 예측의 오류 마진보다 약 7 배 더 큰 불일치가 있습니다.
.이러한 "7 시그마"불일치는 물리학 자들이 일반적으로 결정적인 발견을 주장하기 위해 명확하게 해야하는 5 시그마 수준보다 높아집니다. 그러나이 경우 Atlas 및 기타 실험으로부터의 낮은 측정 값은 잠시 멈추게한다.
Fermilab의 이론 물리학자인 Chris Quigg는“이것은 발견이 아니라 도발이라고 말할 것입니다. "이것은 이제이 특이점과 관련이있는 이유를 제시합니다."
실험의 충돌
Tevatron이 먼지를 모으면서 CDF 측정을 확인하거나 반증하는 onus는 큰 Hadron Collider로 떨어질 것입니다. 그것은 이미 테바 트론보다 더 많은 W 보손을 생산했지만 충돌률이 높을수록 W의 질량 분석이 복잡해집니다. 그럼에도 불구하고 LHC는 향후 몇 년 동안 긴장을 해결할 수 있습니다.
한편, 이론가들은 대형 W Boson이 무엇을 의미하는지 숙고 할 수는 없습니다.
뮤온이 전자로 붕괴 될 때 뮤온이 잠깐 w 보손을 방출 할 때, 그 중간 w 보손은 다른 입자, 심지어 발견되지 않은 입자와 상호 작용할 수 있습니다. W의 질량을 왜곡시킬 수있는 것은 미지의 형제화입니다.
무거운 w 보손은 잠재적으로 우리가 아는 것보다 더 독창적 인 두 번째 iggs boson으로 인한 것일 수 있습니다. 또는 약한 힘의 변형을 중재하는 새로운 거대한 보손 또는 여러 입자로 만든 "복합"iggs로 인한 것일 수 있습니다.
일부 이론가들은 초대칭으로 알려진 오랜 이론에 의해 예측 된 입자를 의심합니다. 이 프레임 워크는 물질 입자와 힘을 발휘하는 입자를 연결하여 알려진 각 입자에 대해 반대 유형의 발견되지 않은 파트너를 제시합니다. Supersymmetry는 LHC에서“SuperPartners”가 실현되지 않은 후 유행에서 벗어 났지만 일부 이론가들은 여전히 그것이 사실이라고 생각합니다.
Heinemeyer와 Collaborators는 최근 특정 초대칭 입자가 Muon G-2 Anomaly로 알려진 표준 모델로 다른 추정 불일치를 해결할 수 있다고 계산했습니다. 그렇게함으로써, 입자는 또한 W Boson의 질량을 약간 깎아 내지 만 CDF 측정과 일치하기 위해서는 더 많은 새로운 이민자가 필요할 것입니다. "G-2에 도움이되는 입자도 W Boson Mass에 도움이 될 수 있다는 것은 매력적입니다."
정밀도 측정을 연마하는 실험가의 힘든 작업은 오랫동안 기다려온 획기적인 혁신이 다가오고 있다는 연구원들을 더 낙관적으로 만듭니다.
El-Khadra는“전반적으로 무언가가 깨질 수있는 시점에 가까워지는 것처럼 전반적으로 느껴집니다. "우리는 표준 모델을 넘어서 실제로보고 있습니다."
