Ghost I Maskinen: Atom Smasher'S 'New Particle' Var Illusion

{h1}

I december 2015 troede forskere fra verdens største partikelaccelerator, at de måske havde set et antydning af en helt ny partikel, men resultaterne viste sig at være et statistisk fluke.

Når du søger højt og lavt for dine tabte nøgler, kan de steder, hvor du ikke ser dem, til tider hjælpe dig med at indsnævre, hvor de måtte være. I videnskaben tager søgningen efter ny fysik ofte en lignende vej.

I december 2015 troede forskere fra Large Hadron Collider (LHC) - verdens største partikelaccelerator - at de måske havde set et antydning af en helt ny partikel, og med det, et vindue i fysik ud over hvad videnskabsfolkene nu kender. Men resultaterne viste sig at være spøgelser, en statistisk fluke.

På trods af det negative resultat viser det faktum, at der ikke er noget der, at regerende teorier om partikelfysik virker bemærkelsesværdigt godt, siger eksperter. Men det resultat forstærker kun de mysterier, fysikere forsøger at løse, og skubber dem for at finde ud af, hvor nye partikler eller kræfter kunne gemme sig. [De 9 største uløste mysterier i fysik]

"Den dårlige nyhed er [målingerne] viser ikke noget," sagde teoretisk fysiker Matt Strassler. "Den gode nyhed er, at det gjorde et rigtig godt stykke arbejde med ikke at vise noget."

Strassler selv fortalte for nylig en europæisk organisation for nuklear forskning (CERN), som driver LHC, om, hvad der kan læres af sådanne resultater eller mangel heraf. "Det er som om du squint forsøger at se noget - nogle gange vil du se noget, og nogle gange vil det være en illusion," sagde Strassler til WordsSideKick.com.

Høj-energi kollisioner

LHC bruger omkring 9.600 massive magneter til at cirkulere strømme af protoner inden for en 17 kilometer lang (27 kilometer) ring. Disse protoner accelereres til nær lysets hastighed og knuses derefter sammen. De resulterende kollisioner frigør kaskader af subatomære partikler og stråling, der kan give spor om byggematerialerne.

Efter en toårig hiatus for opgraderinger blev LHC fyret igen sidste år, denne gang kører på højere energier.

Hvilke forskere fandt i december, var at to detektionssystemer, den ene kaldet ATLAS og den anden, der hedder CMS, fandt en nysgerrig bump i energierne mod "begivenheder". (Begivenheder er i det væsentlige detekteringer af fotoner eller partikler.)

Bumpen var stor nok til at det så interessant for forskere. Hvis det var rigtigt, kunne det have været tegn på en partikel, som ingen tidligere har set ved energier på 750 milliarder elektronvolt (GeV). Under LHCs nuværende løb kan den nå op til energier på næsten 13 billioner elektron volt (TeV).

ATLAS-eksperimentet på Large Hadron Collider er en af ​​maskinens to store allrounddetektorer.

ATLAS-eksperimentet på Large Hadron Collider er en af ​​maskinens to store allrounddetektorer.

Kredit: CERN

Data fra affaldet

Når smadret sammen, vil den energi, protonerne bærer, blive til partikler, hver med en karakteristisk energi. De fleste af disse partikler er dog kortvarige og falder i andre partikler og fotoner.

Af denne grund er partikel detektioner ofte indirekte. Dette er hvad der skete i 2012, da forskerne opdagede Higgs boson, den elementære partikel, der antages at forklare, hvordan andre partikler får deres masse. Og det var derfor den seneste bump var så spændende.

Men nu viser nye data fra CMS, der er indsamlet siden december, at 750 GeV-bumpen sandsynligvis var en illusion - en statistisk artefakt af den art, der undertiden opdrætter sig i eksperimenter som denne, sagde Michael Peskin, en teoretisk fysiker ved SLAC National Accelerator Laboratorium. [Beyond Higgs: 5 Elusive Particles That May Lurk In The Universe]

Selv i december var nogle fysikere - Peskin blandt dem - i tvivl. Han bemærkede de hold, der arbejder på LHC, udstedte en erklæring, der sagde, at de faktisk ikke udstedte en. "Udtalelsen sagde, at den statistiske betydning var for lav til at rapportere en observation," sagde Peskin.

Men det betyder ikke, at det er et ubrugeligt resultat, sagde Strassler. Det betyder heller ikke, at papirstopet teoretiserer hvad observationen kunne være, er bare forkert og ikke værdig at overveje, tilføjede han. Sådan arbejde kan ofte give vigtige indsigter ned ad vejen.

"Denne proces for at være sikker på, at intet er blevet savnet, vil tage længere tid end at opdage noget," sagde han. "Nogle gange kan ting på 750 GeV være relevante for en partikel 10 gange mindre, der endnu ikke er opdaget."

På den lyse side

Negative resultater som dette er også vigtige, fordi de viser, hvor de konceptuelle problemer med aktuelle teorier måske ligger. I dette tilfælde er teorien standardmodellen, den regerende teori i fysik, der beskriver bevidstheden af ​​subatomære partikler, der udgør universet. [Wacky Physics: De fedeste små partikler i naturen]

Men fænomener som mørkt materiale, de usynlige ting, der menes at udgøre 85 procent af sagen i universet, tyder på, at standardmodellen ikke er færdig. Og fysikere og kosmologer har en vanskelig tid til at forklare, hvorfor universet er domineret af materiel snarere end antimatter, eller hvorfor Higgs-feltet, der giver masser, er den styrke, den er.

"For Higgs boson er vi nødt til at sige:" Sådan er det, "sagde Peskin. "Og jeg kan ikke lide at sige det." Der skal være en grund, tilføjede han, at Higgs-feltet ser ud som det gør, og Standardmodellen af ​​sig selv giver ikke rigtig svaret.

Det er her, hvor negative resultater kan være nyttige.For eksempel er der mange udvidelser til standardmodellen, der foreslår noget, der hedder supersymmetri eller SUSY. Disse teorier siger, at hver partikel har en endnu ikke-opdaget partikelpartikel. Eksistensen af ​​sådanne partnere ville hjælpe fysikere med at forstå, hvorfor Higgs boson har den værdi, det gør (og det forudsiger, at der også er en supersymmetrisk partner til Higgs).

Gennem årene har negative resultater bidraget til at indsnævre SUSY-modellerne, der arbejder, sagde Peskin. "Dybest set er hver SUSY-model på bordet i midten af ​​2000'erne nu udelukket," sagde han. Det betyder ikke, at SUSY er forkert, men det hjælper forskere med at fokusere på det teoretiske arbejde.

Lektioner fra historien

Videnskabens historie registrerer en række negative resultater, som førte til større indsigt. I 1887 gennemførte Albert Michelson og Edward Morley et forsøg for at finde aetheren, et foreslået medium, der var antaget at bære lysbølger. Hvis aeren eksisterede, skulle lysets hastighed have ændret sig afhængigt af strålens retning. Det gjorde ikke, og år senere brugte Albert Einstein det negative resultat som en del af formuleringen af ​​hans relativitetsteori, som siger, at det er rumtid selv, der ændrer sig for at holde lysets hastighed ens i alle referencerammer. [8 måder kan du se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv]

Spørgsmålet var, hvordan folk blev opfattet af lysbølger. "Måske [lys] bølger var forskellige fra andre bølger, vi vidste om," sagde Strassler, idet de ikke behøvede et medium at rejse igennem.

Strassler bemærkede, at ingen har gjort denne slags grundlæggende spring endnu. I tilfælde af Michelson-Morley var det for eksempel indlysende, at lysbølger ikke behøver et medium. For partikelfysikere er det ikke engang klart, hvad indsigten skal være. Det er muligt, at problemet er teknisk, og forskerne behøver bare bedre acceleratorer og detektorer for at finde nye partikler. Eller det kunne være konceptmæssigt, som det var for Michelson og Morley, sagde Strassler.

Nogle fysikere siger, at det negative resultat sandsynligvis ikke vil have nogen betydning ud over at være et statistisk spøgelse. "Vi ved, at standardmodellen ikke er en komplet teori, og at den skal udbygges med en vis energiforbrug. Men teoretisk set er der millioner af mulige udvidelser, og vi har brug for et fingerpeg fra eksperiment, som er den rigtige" sagde Adam Falkowski, en teoretisk partikelfysiker ved Center National de la Recherche Scientifique (CNRS) i Paris, og medforfatter af et papir, der beskriver virkningerne af 750 GeV-bumpen, er en reel effekt.

Resultatet kan stadig hjælpe på nogle måder, siger Nhan Tran, en postdoktorale forsker ved Fermi National Accelerator Laboratory i Illinois. "Det bidrager til vores viden om, hvad der ikke er der," sagde han. "Hjælper os med at fokusere på, hvor vi skal se ud."

For hans del sagde Peskin han mener, at sammenligningen mellem nuværende eksperimenter ved LHC og tidligt arbejde for at finde den foreslåede aether er lidt overdrevet. "Michelson [og] Morely blæste væk den tidligere teori," sagde han. Standardmodellen er fastere, sagde han. Han tilføjede dog, at resultater som denne gør ham mindre sikker på ideer som SUSY. "På tirsdage, torsdage og lørdage tror jeg på det," sagde han. "På andre dage tror jeg det kunne være noget."

Samtidig er LHC et kraftigt nyt værktøj, sagde Peskin. "Vores evne til at opdage SUSY partikler er meget kraftigere," sagde han. "Hvis du tror at de er der, kan det komme op i det næste år."

Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com