لماذا يقلق العلماء من W Boson: “ شيء ما مفقود “

ربما سمعت عن النقاط الإيجابية التي ترتكز فيها البروتونات على الذرات. ربما تكون قد شاهدت إلكترونات تدور حول تلك البروتونات بقلبات سلبية. ربما كنت تفكر في الفوتونات الخارجة من المصابيح الكهربائية في غرفتك.

لكن الآن ، علينا أن نقلق بشأن جسيم صغير غريب يفلت عادة من الضوء: البوزون دبليو.

جنبا إلى جنب مع حليفها Z boson ، تملي W boson ما يسمى “القوة الضعيفة”. سأنقذك من جحر الأرانب لكيفية عمل القوة الضعيفة ، لأنها تتضمن الفيزياء التي تجعل عقولنا تنفجر. صدقني. تعرف عليها بدون قوة ضعيفة ستتوقف الشمس عن الاحتراق.

على أي حال ، هناك دراما مع W boson. خطوة واحدة مقال نشر الخميس في مجلة العلوم، 10 سنوات من البيانات الدقيقة التي لا يمكن تصورها تشير إلى أن الجسيم أكبر بكثير من تنبؤاتنا الفيزيائية. إذا لم تكن فيزيائيًا ، فقد يبدو هذا للوهلة الأولى تافهًا. لكن هذه مشكلة كبيرة حقًا … لكل شيء.

وبشكل أكثر تحديدًا ، فإنه يثير تناقضًا مع النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، وهي نظرية راسخة ومتطورة تشرح كيفية عمل جميع الجسيمات في الكون – مثل البروتونات والإلكترونات والفوتونات والغلونات التي لم نسمع عنها بالفعل. مونيس ، يمكنني الاستمرار. بوزون W موجود فيه أيضًا.

قال جورجيو تشياريلي ، مدير الأبحاث والمؤلف المشارك للدراسة في Istituto Nazionale di Fisica Nucleare في إيطاليا: “هذا هو أحد الأركان الأساسية للنموذج القياسي”.

ولكن هذه هي الميزة الرئيسية للنموذج القياسي. إنه مثل عالم الجسيمات التكافلية. يُنظر إلى كل جسيم في النموذج على أنه خيط ويتم ترتيبه بدقة لربط كل شيء معًا. إذا كان الخيط ضيقًا جدًا ، فستبدأ المادة في الفوضى – بغض النظر عن الخيط. على هذا النحو ، يتنبأ النموذج القياسي بمعلمات معينة لكل “سلسلة” أو جسيم ، والأهم من ذلك كتلة بوزون دبليو.

ببساطة ، إذا كان هذا الجسيم لا يساوي تلك الكتلة ، فإن بقية العينة لن تعمل بشكل صحيح. إذا كان هذا صحيحًا ، فنحن بحاجة إلى تغيير النموذج – نحتاج إلى تغيير فهمنا للكيفية كل الجسيمات في الكون الشغل.

حسنًا ، تذكر الورقة الجديدة؟ نحن ندخل في وضع سيء للغاية.

في نهاية عقد من الحسابات والقياسات والاستجواب والخدش والتنفس العميق من قبل حوالي 400 باحث دولي ، كان نموذج W-Boson القياسي أثقل قليلاً مما كان متوقعًا.

قال ديفيد توبيك ، فيزيائي الجسيمات والمؤلف المشارك في جامعة تكساس إيه آند إم: “إنه ليس فرقًا كبيرًا ، لكن يمكننا أن نرى بوضوح أنه مختلف”. “هناك شئ غير صحيح.”

قد تتساءل عما إذا كنا متأكدين من هذا. كان لدى المجتمع العلمي نفس رد الفعل ، وهذا هو السبب في أن الباحثين يركزون الآن على الليزر لتأكيد وجود كتلة البوزون W العالية هذه بالفعل.

قال توبيك: “ربما نكون قد أسأنا فهمنا”. لكنه سرعان ما قال: “لا نعتقد ذلك”.

لأنه ، كما يشرح توباغو ، فإن الفريق “يقيس هذا الاختلاف الصغير بدقة لا تصدق ، ويظهر كإبهام مؤلم”. ورائعة ، هذه القياسات تشبه الاستنتاج بأسلوب مسرح الجريمة.

لاحظ المفقودين

للحصول على بوزون W أولاً ، عليك في الواقع أن تكسر بروتونين معًا.

يؤدي هذا إلى إنشاء مجموعة من الجسيمات النموذجية القياسية الأخرى ، ويحتاج العلماء إلى الاعتقاد بأنهم يريدون دراسة أحدها. (في هذه الحالة ، هو بوزون W).

بالنسبة للقياسات الجديدة ، استخدم الباحثون بيانات الاصطدام من معجل الجسيمات البائد. معمل فرمي الوطني للمسرعات في إلينوي. لحسن الحظ ، أنتجت بعض بوزونات W التي ، في الواقع ، كان من المرجح أن تشتري بيانات W بوزون أربع مرات أكثر من تلك المستخدمة في القياسات السابقة. الفوز بالجائزة الكبرى.

لكن تعقيد. W boson سريع. ينقسم بسرعة إلى جسيمين أصغر بحيث لا يمكنك قياسه مباشرة. واحد منهم هو الإلكترون أو الميون تستطيع يُقاس بشكل مباشر ، لكن آخر أغرب من بوزون W: نيوترينو.

تسمى النيوترينوات “جسيمات الأشباح”. لأنهم لا يلمسون أي شيء. إنهم يكبرونك الآن ، لكن لا يمكنك معرفة ذلك لأنها لا تلمس الذرات التي يتكون منها جسمك. إيري ، أعلم.

يعني هذا الحاجز الشيطاني أن العلماء بحاجة إلى الإبداع. أدخل فن الطرح.

بمجرد اختفاء النيوترينوات ، فإنها تترك نوعًا من الثقوب. قال سيريلي: “لا توجد طاقة في بصمة النيوترينو”. “يخبرنا أين ذهب النيوترينو وكمية الطاقة التي يحملها.”

إنه نفس مفهوم الأشعة السينية. قال سياريلي: “تمر الأشعة السينية ، ولكن في حالة وجود بعض القطع المعدنية ، يمكنك رؤية الشكل”. “الشكل” هو “الطاقة المفقودة”.

بعد ذلك ، بعد فك تشفير النيوترينو ، استخدم العلماء مجموعة من المعادلات المعقدة لدمجها مع بيانات إلكترونية أو مونية. أدى هذا إلى كتلة بوزون W إجمالية. تم إجراء هذا القياس عدة مرات لتأكيد كل شيء بأكبر قدر ممكن من الدقة. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديث جميع البيانات من خلال الحسابات النظرية الناضجة من القياس الأخير لبوزون دبليو.

ومع ذلك … هناك مشكلة أخرى.

كما هو الحال مع جميع الأغراض العلمية ، لا توجد إجابة صحيحة أو خاطئة. هناك فقط إجابه. ولكن مثل كل الفكر البشري ، هناك احتمال تابع ، والمجموعة لا تريد أن تقع ضحية لمثل هذا الخطأ الشخصي. يقتبس توباج من شيرلوك هولمز وصفه لمزاج المجموعة: “يجب على المرء أن يجد نظريات تتناسب مع الحقائق ، وليس الحقائق التي تتناسب مع المبادئ”.

“كثير من الضغظ؟” هو دون. “نعم ، لكن الطبيعة لا تهتم بضغوطي. نريد أن نعرف الإجابة.”

لذلك ، لم يضاعف الفريق بياناته وثلاث مرات وضاعف أربع مرات فحسب ، بل فعل ذلك معصوب العينين تمامًا في الاستجابة النهائية. عندما تفتح الصندوق بنتيجة كتلة البوزون W ، سيراه الجميع لأول مرة.

سريعًا إلى الأمام حتى عام 2020 ، عندما تكون التوترات عالية ، يتم فتح الصندوق أخيرًا وتكون كتلة W boson في جدل واضح مع توقعات النموذج القياسي.

قال سياريلي “هذه ليست لحظة يوريكا”. “هذه لحظة واقعية للغاية. كنا متشككين. العلم منظم في شك.”

لكن بمرور الوقت ، حتى هذا الشك سيختفي ، وها نحن ذا.

كل هذا يبدو مقنعًا للغاية. ماذا الان؟

بطريقة ما ، هذه المعلومات موجودة منذ فترة طويلة. قال سياريلي: “علمنا منذ البداية أن النموذج القياسي لا يمكن أن يكون النظرية النهائية”.

على سبيل المثال ، لا يمكن للنموذج الساكن تفسير قوة الجاذبية. المادة المظلمةوغير ذلك الكثير بعيد المنال ميزات كوننا.

تتمثل إحدى الأفكار في إضافة بعض الجسيمات إلى النموذج القياسي لحساب هذا التغيير الجديد في المعلومات حول كتلة بوزون دبليو. قد يؤثر هذا على ما نعرفه عن بوزون هيغز الشهير أو “جسيم الله” الذي تم اكتشافه وتم اكتشافه آخر مرة في عام 2012. مع التصفيق الذي هز العالم.

قال توبيك: “لكننا لسنا هناك”. سيكون ذلك مجرد تخمين “.

علاوة على ذلك ، بدلاً من التكهنات ، يتفق توبيك وسييريلي على أننا يجب أن نتبع الحقائق ، على الرغم من أننا نعلم أن الحقائق ستقودنا يومًا ما إلى نظرية أساسية جديدة لفيزياء الجسيمات.

قال سياريلي: “إنه مثل التحرك في الظلام”. “أنت تعلم أن هناك طريقًا صحيحًا ، لكنك لا تعرف أين … ربما يمكن أن يمنحنا قياسنا الاتجاه الصحيح للذهاب.”