تجارب فيزياء الجسيمات تعزز الدليل على قوة الطبيعة الجديدة

تجارب فيزياء الجسيمات تعزز الدليل على قوة الطبيعة الجديدة

أنتجت تجربة أُنجزت مؤخرًا في مختبر Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) في ضواحي شيكاغو بيانات قوية تشير إلى أنه ربما تم اكتشاف قوة جديدة من الطبيعة. إذا تم تأكيد هذه النتيجة في النهاية ، فستتطلب مراجعة النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والذي يفترض حاليًا وجود أربعة قوانين فقط تحكم التفاعلات على المستوى دون الذري: الكهرومغناطيسية ، والجاذبية ، والقوة النووية الضعيفة ، والقوة النووية القوية. فرض. تخلق قوة الطبيعة الجديدة على ما يبدو المكتشفة في مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ Fermilab و CERN ضجة كبيرة في عالم فيزياء الكم.

الدليل يبني لقوة خامسة

تتوافق النتائج الشاذة التي أبلغ عنها Fermilab مؤخرًا مع النتائج التجريبية التي تحققت في منشآت أبحاث الفيزياء عالية الطاقة الأخرى. في الشهر الماضي فقط ، ادعى الفيزيائيون العاملون في مصادم الهادرون الكبير التابع لـ CERN ، أقوى مسرع للجسيمات في العالم ، أنهم وجدوا دليلًا على وجود قوة خامسة تعمل في الطبيعة وأن نتائجهم تتطابق مع النتائج التي تم تحقيقها في Fermilab بطرق مهمة للغاية.

وصفت الدكتورة ماجي أديرين-بوكوك ، المقدمة المشاركة لبرنامج بي بي سي العلمي Sky at Night ، الإعلان الصادر عن Fermilab بأنه "محير تمامًا للعقل".

أضاف Aderin-Pocock: "لديها القدرة على قلب الفيزياء رأساً على عقب". "لدينا عدد من هذه الألغاز التي لم تحل بعد. وهذا يمكن أن يعطينا الإجابات الرئيسية لحل هذه الألغاز ".

أكدت النتائج الأولى من تجربة Muon g-2 في Fermilab اكتشاف قوة جديدة من الطبيعة. تعمل هذه التجربة المثيرة للإعجاب عند سالب 450 درجة فهرنهايت وتدرس حركة (أو اهتزاز) الميونات أثناء انتقالها عبر المجال المغناطيسي. (ريدار هان / فيرميلاب)

يؤدي تذبذب Muon الغريب إلى قوة جديدة لاكتشاف الطبيعة

التجربة التي أعادت النتائج المحطمة للنموذج المحتمل وفكرة القوة الجديدة للطبيعة تضمنت جسيمات دون ذرية تُعرف بالميونات.

الميون هو جسيم سالب الشحنة له شكل مشابه للإلكترون (كلاهما مصنف على أنه لبتونات). لكن كتلة الميون أكبر بـ 200 مرة من كتلة إلكترون ابن عمه الأثيري. في الطبيعة ، يتم إنتاج الميونات عن طريق التفاعلات عالية الطاقة التي تتضمن جسيمات المادة ، بما في ذلك تلك التي تحدث عندما تتعرض الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي العلوي للأرض للقصف بواسطة الأشعة الكونية.

  • التحديق بعمق في ذرة الهيدروجين لأول مرة في التاريخ
  • لعب الله في المختبر: الجسيم الذي يؤدي إلى اكتشاف شكل جديد للمادة

نظرًا لأنه يمكن أيضًا إنشاؤها بشكل موثوق داخل مسرعات الجسيمات القوية ، فإن الميونات تشكل "موضوعات" تجريبية مثالية للفيزيائيين الذين يدرسون طبيعة الواقع وأولئك الذين يبحثون عن قوى جديدة للطبيعة. في كثير من الأحيان ، يتم تصميم مشاريع الفيزياء عالية الطاقة للبحث عن الانحرافات أو إنتاجها ، والتي تتطلب بعد ذلك تعديلات أو إضافات للقوانين أو المبادئ العلمية المعروفة.

في تجربة Fermilab Muon-2 ، تم تسريع الميونات حول حلقة طولها 45 قدمًا (14 مترًا) ، قبل أن تمر عبر مجال مغناطيسي. يجب أن تتأرجح الميونات التي تسافر عبر هذا المجال بمعدل معين ، وفقًا للتنبؤات المستمدة من التفاعلات التقليدية رباعية القوة (محسوبة بتأثيرات الكهرومغناطيسية والجاذبية والقوة النووية الضعيفة والقوة النووية القوية.) لكن تجربة الميون يقترح قوة خامسة من الطبيعة.

ولدهشة وسعادة علماء فيزياء فيرميلاب ، أظهرت قياسات الميونات في هذه التجربة أنها كانت تتأرجح بسرعة أكبر مما كان متوقعًا. هذا يعني أن بعض قوى الطبيعة الأخرى يجب أن تكون في العمل والتي أثرت على معدلات تذبذب الميون. لذلك ، في هذه البيئة التجريبية ، ستكون قوة الطبيعة الجديدة التي لم يتم اكتشافها سابقًا هي الطريقة الأكثر منطقية لشرح عدم تناسق تذبذب الميون.

وفقًا للحسابات الحالية ، هناك احتمال واحد من كل 40.000 أن تكون هذه النتيجة صدفة إحصائية. في حين أن هذا قد يبدو مثيرًا للإعجاب ، فإن العلماء محافظون فيما يتعلق بمثل هذه الأمور ، والعرف هو عدم تصنيف اكتشاف جديد على أنه اكتشاف حقيقي حتى يمكن تقليل فرصة حدوث مصادفة إلى واحد فقط من 3.5 مليون.

مطلوب مزيد من البيانات للوصول إلى نتيجة نهائية. لكن أحد المصادر المطلعة يمتلئ بالتفاؤل. قال بن ألاناش ، أستاذ الفيزياء النظرية بجامعة كامبريدج ، والذي لم يشارك بشكل مباشر في التجربة: "إحساسي سبيدي يشعر بالوخز ويخبرني أن هذا سيكون حقيقيًا". "لقد كنت أبحث طوال مسيرتي المهنية عن قوى وجسيمات تتجاوز ما نعرفه بالفعل ، وهذا كل شيء. هذه هي اللحظة التي كنت أنتظرها ولا أنام كثيرًا لأنني متحمس جدًا ".

في الآونة الأخيرة فقط أنتج مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN نتائج تذبذب الميون الخاصة به ، والتي كانت مماثلة لتلك التي تم قياسها بواسطة Fermilab. ( CC BY 2.0 )

تضفي شذوذات Muon في CERN مزيدًا من الوقود على النار

قبل أقل من ثلاثة أسابيع ، أصدر علماء الفيزياء المكلفون بمصادم الهادرونات الكبير التابع لمنظمة CERN إعلانًا خاصًا بهم يؤكدون فيه احتمالية وجود قوة خامسة تحت ذرية ، والتي تأثرت أيضًا بنتائج تجربة تضمنت الميونات.

في هذه الحالة ، كانت التناقضات غير القابلة للتفسير في معدلات اضمحلال الكواركات هي التي ولدت الإثارة. الكواركات هي اللبنات الأساسية التي تتكون منها جسيمات مثل البروتونات والنيوترونات ، وفي ظروف معينة يمكن أن تتحلل إلى لبتونات سالبة الشحنة (إلكترونات وميونات).

بموجب النموذج القياسي لفيزياء الكم ، يجب أن تنتج جميع الكواركات التي تخضع لهذا النوع من الاضمحلال أعدادًا متساوية من الإلكترونات والميونات. لكن يبدو أن كواركًا جديدًا اكتشفه علماء المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) في عام 2014 ، والمعروف باسم كوارك الجمال ، ينتج ميونات أقل مما كان متوقعًا عند مراقبته.

في عام 2019 ، طور علماء المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) العاملين في مصادم الهادرونات الكبير بروتوكولات تجريبية يمكن أن تثبت بشكل قاطع ما إذا كانت هذه الحالة الشاذة حقيقية أم لا. بعد أكثر من عام من البحث في النتائج ، قدم العلماء أخيرًا نتائجهم للجمهور الشهر الماضي.

لتأكيد اكتشافهم الأولي ، وجدوا أن كواركات الجمال في الاضمحلال تنتج إلكترونات أكثر من الميونات بمعدل 100 إلى 85. لا يمكن تفسير هذا الانحراف عن تنبؤات النموذج القياسي بموجب قوانين الفيزياء المعروفة ، مما دفع خبراء CERN إلى استنتاج أن قوة أخرى غير معروفة للطبيعة كانت تغير سلوك كوارك الجمال.

قال العلماء المشاركون في التجربة للمحاورين من البودكاست The Conversation Weekly: "ستكون هذه القوة ضعيفة للغاية ، وهذا هو السبب في أننا لم نر أي علامات عليها حتى الآن ، وسوف نتفاعل مع الإلكترونات والميونات بشكل مختلف".

يعتقد باحثو CERN أن جسيمًا نظريًا أساسيًا يسمى "Z Prime" قد يكون مسؤولاً عن النتائج التي قاموا بقياسها. سيكون هذا الكيان الشبحي مسؤولاً عن نقل القوة الجديدة بين جسيمات المادة التقليدية ، بطرق لم يتم اكتشافها سابقًا وغير متوقعة.

تصادم الجسيمات عالية الطاقة. ( جيرو ساينس / Adobe Stock)

السباق قائم وقد لا يكون العلم هو نفسه أبدًا

مع التغييرات الثورية في فهمنا للفيزياء في الأفق ، سيسعى المجربون في المعامل عالية الطاقة حول العالم إلى المشاركة في الحدث.

  • خطوة أقرب إلى "Beam Me Up"؟ النقل الآني ممكن ... على الأقل على مستوى الكم
  • تسعة موجات من الخلق: فيزياء الكم ، والتطور الهولوغرافي ، ومصير البشرية

قال الدكتور ميتش باتيل ، الفيزيائي بكلية إمبريال في لندن والذي شارك في تجربة مصادم الهادرون الكبير: "السباق جاري الآن لمحاولة الحصول على واحدة من هذه التجارب للحصول حقًا على دليل على أن هذا شيء جديد حقًا". "سيتطلب ذلك المزيد من البيانات والمزيد من القياسات ونأمل أن يظهر دليلًا على أن هذه التأثيرات حقيقية."

بينما لا يزال هناك عمل كبير يتعين القيام به ، فمن المحتمل ألا يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى يبدأ البحث ذي الصلة في مواقع متعددة. إذا كانت قوانين الفيزياء على وشك التغيير بالفعل ، فقد يحدث هذا التغيير في المستقبل القريب جدًا.


فيزياء جديدة في مصادم الهادرونات الكبير؟ العلماء متحمسون ، لكن من السابق لأوانه التأكد

الائتمان: سيرن

في الأسبوع الماضي ، أعلن علماء الفيزياء في مصادم هادرون الكبير في سويسرا عن ذلك قد اكتشفت قوة جديدة من الطبيعة. أو ، على وجه الدقة ، كشفوا النقاب عن "نتائج جديدة ، إذا تأكدت ، من شأنها أن توحي بإشارات إلى انتهاك النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات".

ماذا يعني ذلك؟ ولماذا يقومون بمثل هذا القدر الكبير منه ، بينما في نفس الوقت يتوقفون عن ادعاء اكتشاف جديد؟

تكمن الإجابات في الطريقة التي يفكر بها علماء فيزياء الجسيمات في الأدلة والنتائج ، وما الذي يعنيه العثور على "انتهاك للنموذج القياسي".

لقد نجح النموذج القياسي ، الذي تم ابتكاره بين الخمسينيات والسبعينيات من القرن الماضي ، بشكل كبير في شرح سلوك الجسيمات دون الذرية وثلاث من القوى الأساسية الأربعة التي نعرف عنها. يعتقد الفيزيائيون في CERN أنهم وجدوا موقفًا لا يستطيع النموذج القياسي تفسيره: حيث يتنبأ النموذج بأن جسيمًا يسمى كوارك الجمال يجب أن يتحلل إلى جسيمات أخرى تسمى الميونات والإلكترونات بنفس المعدل تقريبًا ، يبدو الأمر كذلك في الواقع يتحلل إلى إلكترونات أكثر من الميونات.

هذا مثير ، لأننا نعلم بالفعل أن النموذج القياسي لا يروي القصة الكاملة لما يحدث في الكون. من الجيد جدًا إخبارنا عن المادة والطاقة. لكنها لا تقدم وصفًا لما يسمى بالمادة المظلمة وأن الطاقة المظلمة يعتقد العلماء بوجوب وجودها لشرح السلوك واسع النطاق للنجوم والمجرات.

من الصعب للغاية أيضًا التوفيق بين النموذج القياسي وبين أفضل تفسير للجاذبية ، وهو نظرية أينشتاين للنسبية العامة. النموذج القياسي هو في أفضل الأحوال خطوة على الطريق نحو نظرية كاملة لكل شيء.

لتجاوز النموذج القياسي ، نحتاج إلى بيانات تجريبية جديدة. ما نحتاجه حقًا هو دليل يظهر أن بعض التنبؤات بالنموذج القياسي خاطئ ، لكن ليس تنبؤًا محوريًا جدًا للنظرية التي نحتاجها لإعادة البناء من الألف إلى الياء.

هذا هو السبب في أن اضمحلال كواركات الجمال مثير للاهتمام. يشير السلوك غير المتوقع إلى منطقة يمكن فيها تعديل النظرية دون الحاجة إلى البدء من نقطة الصفر.

سبب حذر العلماء بشأن النتيجة هو أنها ما يسمى باكتشاف 3 سيجما.

للتوضيح ، دعنا نتخيل أنك تبحث عن الجنيات في قاع حديقتك. تبدأ بافتراض عدم وجود جنيات - وهذا ما يسمى بك فرضية العدم.

تقوم بعد ذلك بجمع بعض الملاحظات التي تسعى لرفض هذه الفرضية. بعد تحليل بياناتك ، تجد أن هناك احتمالية بنسبة 90٪ لو لم تكن هناك جنيات في الحديقة ، يمكنك أن تدون ملاحظات مثل تلك التي قمت بها في الواقع.

يمنحك هذا ما يسمى ب ف القيمة. احتمال 90٪ لملاحظة البيانات التي لاحظتها في الواقع إذا كانت فرضيتك الصفرية صحيحة هو نفس القيمة الاحتمالية البالغة 0.9.

في الأساس ، اكتشفت أنه ليس لديك سبب قوي لذلك رفض افتراض أن حديقتك خالية من الجنيات. هذا ليس نفس الشيء مثل اكتشاف سبب للاعتقاد بأن فرضيتك الصفرية صحيحة.

القيمة p هي احتمال وجود الدليل ، بالنظر إلى فرضيتك الصفرية ، والتي تختلف عن احتمال أن الفرضية الصفرية صحيحة ، في ضوء دليلك. (في حال بدا هذا غريباً ، ضع في اعتبارك أن احتمال أن يكون شخص ما مضحكًا نظرًا لأنه أب هو ليس نفس احتمال أن يكون شخص ما هو والدك بالنظر إلى أنه مضحك).

تتوافق قيم سيجما مثل نتيجة "3-سيجما" مع قيم p. في مصادم الهدرونات الكبير ، الفرضية الصفرية هي الادعاء بأن النموذج القياسي صحيح ، والملاحظات تتعلق بتفاعلات الجسيمات.

تعني نتيجة 3-sigma أن هناك احتمالًا واحدًا تقريبًا من كل 1000 احتمال أن تحدث الملاحظات على الأقل مثل تلك التي تم جمعها ، نظرًا للنموذج القياسي. هذا أفضل بكثير من سعيكم للعثور على الجنيات ويبدو أنه يشكك في النموذج القياسي.

اضمحلال الميزون الجمالي الذي يتضمن إلكترونًا وبوزيترونًا ، لوحظ في تجربة LHCb. الائتمان: سيرن

لا يقوم الفيزيائيون عادة بفتح الشمبانيا حتى يحصلوا على 5 سيجما نتيجة.

تخبرك نتيجة 5 سيغما أنه ستكون هناك فرصة أقل من واحد في المليون من ملاحظتك إذا كان النموذج القياسي صحيحًا. هذا مثل التجول في حديقتك والدردشة مع كائن صغير بأجنحة: فرضيتك "لا جنيات" بدأت تبدو مهتزة تمامًا.

لماذا يبحث الفيزيائيون عن حدث 5 سيجما؟ هناك عدة أسباب. الأول تاريخي: لقد تعرضوا للسع من قبل. في عام 2011 ، ادعى الفيزيائيون أنهم قاموا بقياس النيوترينوات التي تنتقل أسرع من سرعة الضوء. تجاوز هذا القياس 3 سيغما ، ولكن اتضح أنه ناتج عن خلل في الكابل.

كان الفيزيائي توماسو دوريجو يحتفظ بمذكرات للأحداث المقاسة التي وصلت أو تجاوزت أهمية 3 سيغما. ويشير إلى 6 ادعاءات سابقة تم سحبها فيما بعد.

سبب آخر للحذر هو مشكلة المقارنات المتعددة. إذا أجريت اختبارات كافية ، فلا بد أن ترى شيئًا غريبًا.

لنفترض أنك قلبت عملة معدنية 100 مرة وحصلت على 50 رأسًا و 50 ذيلًا. لنفترض الآن أنك كررت التجربة 100 مرة (قلب العملة 10000 مرة تمامًا).

في بعض إصدارات التجربة ، قد ترى 20 رأساً و 80 ذيلاً. في البعض ترى 10 رؤوس و 90 ذيول. كلا التوزيعين غير محتمل ، بافتراض أن العملة عادلة.

هل لديك إذن دليل على أن العملة غير عادلة؟ يبدو مشكوك فيه. حتى العملة العادلة ستؤدي إلى نتائج غير متوازنة في بعض الأحيان.

المصادم LHC يشبه آلة تقليب العملات المعدنية. تجري التجارب باستمرار. لتصحيح ذلك ، يطلب الفيزيائيون معيار 5 سيغما العالي جدًا. نتيجة 3 سيغما جديرة بالملاحظة ، لكنها ليست "اكتشافًا" بعد.

أخيرًا ، هناك قول مأثور مفاده أن الادعاءات غير العادية تتطلب أدلة غير عادية. تم تأكيد النموذج القياسي بشكل جيد للغاية. سوف يتطلب الأمر ملاحظة مدهشة للغاية (مثل ملاحظة حدث يكون من غير المحتمل جدًا إذا كان النموذج القياسي صحيحًا) لتقليل الثقة في النموذج.

المصادم LHC تجربة معقدة للغاية ، وهناك الكثير من الأشياء التي يمكن أن تسوء معها. هذا يجعل من الصعب السيطرة على الأخطاء المنهجية.

لذا ، حتى الوصول إلى مستوى 5 سيجما في حد ذاته قد لا يكون كافيًا لتأكيد اكتشاف جديد. في الواقع ، وصلت ثلاثة من النتائج الست المسحوبة التي وثقها Dorigo إلى أعلى من ذلك 6 سيجما مستوى.

لتأكيد الاكتشاف ، من الناحية المثالية ، يجب تكرار النتائج باستخدام إعداد تجريبي مختلف (واحد لا يخاطر أيضًا بتكرار نفس الأخطاء) ، ويفضل أكثر من مرة. لهذا السبب يأمل الفيزيائيون في CERN أن تتكرر نتائجهم من خلال تجربة Belle في اليابان.

وبالتالي قد يبدو إعلان المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية سابقًا لأوانه بعض الشيء. لكن مذكرات Dorigo توفر سببًا يدعو للتفاؤل. ويشير إلى أن جميع النتائج المسحوبة من تجارب مسرعات الجسيمات وصلت إلى مستويات أهمية وهي أرقام زوجية (4 أو 6 سيجما) ، بينما وصلت الاكتشافات الحقيقية إلى مستويات أرقام فردية (3 أو 5 سيغما).

يقترح Dorigo أننا يجب أن نأخذ الملاحظات مع قيم سيجما الفردية على محمل الجد. إنه يمزح. لكن وراء النكتة توجد ملاحظة اجتماعية: لا يميل الفيزيائيون إلى نشر نتائج 3 سيجما ما لم يكونوا واثقين من أنها ستؤدي إلى الاكتشاف. يعتقد الفيزيائيون في CERN بوضوح أنهم على وشك أن يفعلوا شيئًا ، ويجب علينا ذلك أيضًا.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.هذه القصة جزء من Science X Dialog ، حيث يمكن للباحثين الإبلاغ عن نتائج مقالاتهم البحثية المنشورة. قم بزيارة هذه الصفحة للحصول على معلومات حول ScienceX Dialog وكيفية المشاركة.


ربما تم العثور على قوة جديدة للطبيعة من شأنها إعادة كتابة قوانين الفيزياء

يمكن تغيير الطريقة التي نفهم بها الكون إلى الأبد بعد أن بدت الجسيمات دون الذرية وكأنها تنحرف عن قواعد الفيزياء في تجربتين متقدمتين.

يقول الفيزيائيون إن النتائج كانت "محيرة" وأنهم ربما وجدوا علامات على وجود قوة خامسة في الطبيعة.

حتى الآن تم استخدام أربع قوى أساسية لشرح كل ما يحدث في الكون.

الجاذبية تجعل الأشياء تسقط على الأرض ، والكهرومغناطيسية تتعامل مع القوة بين جسيمين مشحونين كهربائيًا ، والقوة القوية تربط الجسيمات دون الذرية معًا ، ويمكن للقوة الضعيفة أن تفككها.

لكن تم ترك علماء الفيزياء في حيرة وإثارة عندما لم تتصرف جسيمات دقيقة تسمى الميونات بالشكل المتوقع في تجربتين مختلفتين طويلتين أجريتا في الولايات المتحدة وأوروبا.

إذا ثبتت صحة النتائج ، فقد تكشف عن مشاكل كبيرة في كتاب القواعد الذي يستخدمه العلماء لشرح كيفية عمل الكون على المستوى دون الذري.

في مؤتمر صحفي ، قال كبير العلماء المشاركين في تجربة فيرميلاب ، كريس بولي: "نعتقد أننا ربما نسبح في بحر من الجسيمات الخلفية طوال الوقت التي لم يتم اكتشافها بشكل مباشر.

"قد تكون هناك وحوش لم نتخيلها حتى الآن تخرج من الفراغ وتتفاعل مع الميونات لدينا وهذا يمنحنا نافذة لرؤيتها."

تم تطوير كتاب القواعد الحالي ، المسمى بالنموذج القياسي ، منذ حوالي 50 عامًا وتم دعمه بعقود من التجارب.

ولكن بعد أن أرسل العلماء جزيئات الميون ، التي تشبه الإلكترونات ، من خلال مغناطيس كهربائي يبلغ وزنه 15 طنًا لملاحظة كيفية تمايلها ، وُجد أنها أقل بنسبة 0.1٪ من النموذج.

قد لا يبدو هذا كثيرًا ، لكن بالنسبة لفيزيائيي الجسيمات ، فهو ضخم - أكثر من كافٍ لقلب الفهم الحالي رأساً على عقب.

يقترح أنها يمكن أن تتفاعل مع جسيمات أو قوى غير مكتشفة. نظرًا لأن هذه الجسيمات تتشكل بشكل طبيعي عندما تضرب الأشعة الكونية الغلاف الجوي للأرض ، فإن هذه النتائج يمكن أن تغير تمامًا الطريقة التي نعتقد أن الكون يعمل بها.

قال مجلس منشآت العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة (STFC) إن النتيجة "توفر دليلًا قويًا على وجود جسيم دون ذري أو قوة جديدة غير مكتشفة".

قال أليكسي بيتروف ، عالم فيزياء الجسيمات بجامعة واين ستيت: "جسيمات جديدة ، فيزياء جديدة قد تكون أبعد من أبحاثنا. إنه محير ".

وصف عالم فيزياء الجسيمات الإنجليزي البروفيسور بريان كوكس النتيجة بأنها "مهمة ومثيرة".

وكتب على تويتر: "لقد اقترب الأمر من اكتشاف فيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي - جسيمات أساسية جديدة أساسًا".

"سيكون أكبر اكتشاف في فيزياء الجسيمات لسنوات عديدة - بالتأكيد هناك مع The Higgs Boson."

أعلن يوم أمس Fermilab التابع لوزارة الطاقة الأمريكية عن نتائج 8.2 مليار سباقات على طول مضمار ممغنط خارج شيكاغو.

كان الغرض من المسار هو الحفاظ على وجود الجسيمات لفترة كافية حتى يتمكن الباحثون من إلقاء نظرة فاحصة عليها.

لا يزال هناك احتمال واحد من كل 40.000 أن السلوك الغامض للميونات قد يكون خطأ إحصائيًا.

ولكن إذا تم تأكيدها ، فستكون النتائج أكبر اكتشاف في العالم للجسيمات دون الذرية منذ ما يقرب من 10 سنوات ، منذ اكتشاف بوزون هيغز ، والذي يُطلق عليه غالبًا "جسيم الله".

يأتي ذلك في أعقاب النتائج التي نُشرت الشهر الماضي من مصادم الهادرونات الكبير التابع للمركز الأوروبي للأبحاث النووية والذي وجد نسبة مدهشة من الجسيمات في أعقاب الاصطدامات عالية السرعة.

الهدف من التجارب هو تفكيك الجسيمات ومعرفة ما إذا كان هناك "شيء مضحك يحدث" معهم والمساحة التي تشغلها ، كما يوضح ديفيد كابلان ، عالم الفيزياء النظرية بجامعة جونز هوبكنز.

وأضاف: "الأسرار لا تحيا فقط في المادة. إنهم يعيشون في شيء يبدو أنه يملأ كل المكان والزمان. هذه هي الحقول الكمومية.

"نحن نضع الطاقة في الفراغ ونرى ما يخرج."

تتضمن كلتا مجموعتي النتائج الجسيم الغريب العابر المسمى الميون - ابن العم الأثقل للإلكترون الذي يدور حول مركز الذرة.

المزيد: العلوم

تنتشر الدبابير الآسيوية في جميع أنحاء بريطانيا - وإليك ما يجب فعله إذا اكتشفت واحدة

يأكل الأطفال البريطانيون كمية "عالية بشكل استثنائي" من الأطعمة المصنعة

قد تغرق بورتسموث وساوثهامبتون تحت الماء بحلول عام 2050

لكن الميون ليس جزءًا من الذرة ، فهو غير مستقر ويوجد عادةً لمدة ميكروثانية فقط.

بعد اكتشافه في الأشعة الكونية في عام 1936 ، أربك العلماء لدرجة أن عالمًا فيزيائيًا شهيرًا سأل "من الذي أمر بذلك؟"

قال غرازيانو فينانزوني ، عالم الفيزياء التجريبية في مختبر وطني إيطالي ، وهو أحد أفضل العلماء في تجربة فيرميلاب الأمريكية ، التي تسمى Muon g-2: "منذ البداية ، كان الأمر يجعل الفيزيائيين يخدشون رؤوسهم".

يحتاج الباحثون إلى عام أو عامين آخرين للانتهاء من تحليل نتائج جميع اللفات حول 50 قدمًا. قال فينانزوني إنه إذا لم تتغير النتائج ، فسيتم اعتبارها اكتشافًا رئيسيًا.

تواصل مع فريق الأخبار لدينا عن طريق مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني على [email protected]

لمزيد من القصص مثل هذه ، تحقق من صفحة الأخبار.


Muons: & # x27Strong & # x27 تم العثور على دليل لقوة جديدة من قوى الطبيعة

يمكن اختزال كل القوى التي نختبرها كل يوم إلى أربع فئات فقط: الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوة القوية والقوة الضعيفة.

الآن ، يقول الفيزيائيون إنهم وجدوا علامات محتملة لقوة أساسية خامسة للطبيعة.

جاءت النتائج من بحث تم إجراؤه في مختبر بالقرب من شيكاغو.

تتحكم القوى الأساسية الأربعة في كيفية تفاعل جميع الكائنات والجسيمات في الكون مع بعضها البعض.

على سبيل المثال ، تجعل الجاذبية الأشياء تسقط على الأرض ، والأشياء الثقيلة تتصرف كما لو كانت ملتصقة بالأرض.

قال مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة و # x27s (STFC) إن النتيجة تقدم دليلًا قويًا على وجود جسيم دون ذري غير مكتشف أو قوة جديدة.

لكن نتائج تجربة Muon g-2 لا تضيف حتى الآن اكتشافًا قاطعًا.

يوجد حاليًا احتمال واحد من كل 40.000 أن تكون النتيجة صدفة إحصائية - تعادل مستوى الثقة الإحصائي الموصوف بـ 4.1 سيجما.

هناك حاجة إلى مستوى 5 سيجما ، أو احتمال واحد من 3.5 مليون أن تكون الملاحظة مصادفة ، للمطالبة باكتشاف.

قال البروفيسور مارك لانكستر ، قائد التجربة في المملكة المتحدة ، لبي بي سي نيوز: & quot ؛ لقد وجدنا أن تفاعل الميونات لا يتوافق مع النموذج القياسي [النظرية الحالية المقبولة على نطاق واسع لشرح كيفية تصرف اللبنات الأساسية للكون] . & مثل

وأضاف الباحث في جامعة مانشستر: "من الواضح أن هذا مثير للغاية لأنه من المحتمل أن يشير إلى مستقبل به قوانين فيزيائية جديدة وجسيمات جديدة وقوة جديدة لم نشهدها حتى الآن".

هذا الاكتشاف هو الأحدث في سلسلة من النتائج الواعدة لتجارب فيزياء الجسيمات في الولايات المتحدة واليابان ، ومؤخراً من مصادم الهادرون الكبير على الحدود السويسرية الفرنسية.

قال البروفيسور بن ألاناش ، من جامعة كامبريدج ، والذي لم يشارك في الجهود الأخيرة: "إحساسي سبيدي يشعر بالوخز ويخبرني أن هذا سيكون حقيقيًا.

& quot لقد كنت أبحث طوال مسيرتي المهنية عن قوى وجسيمات تتجاوز ما نعرفه بالفعل ، وهذا كل شيء. هذه هي اللحظة التي كنت أنتظرها وأنا لا أنام كثيرًا لأنني & # x27m متحمس جدًا. & quot

تبحث التجربة ، التي أُجريت في معمل Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) في باتافيا بولاية إلينوي ، عن علامات لظواهر جديدة في الفيزياء من خلال دراسة سلوك الجسيمات دون الذرية المسماة الميونات.

هناك لبنات بناء لعالمنا أصغر من الذرة. تتكون بعض هذه الجسيمات دون الذرية من مكونات أصغر ، في حين أن البعض الآخر يمكن & # x27t أن يتحلل إلى أي شيء آخر (جسيمات أساسية).

الميون هو أحد هذه الجسيمات الأساسية التي تشبه الإلكترون ، لكنها أثقل بمقدار 200 مرة.

تتضمن تجربة Muon g-2 إرسال الجسيمات حول حلقة طولها 14 مترًا ثم تطبيق مجال مغناطيسي. بموجب قوانين الفيزياء الحالية ، المشفرة في النموذج القياسي ، يجب أن يجعل هذا الميونات تتأرجح بمعدل معين.

بدلاً من ذلك ، وجد العلماء أن الميونات تتذبذب بمعدل أسرع من المتوقع. قد يكون هذا بسبب قوة الطبيعة التي & # x27s جديدة تمامًا على العلم.

لا أحد يعرف حتى الآن ما الذي تفعله هذه القوة الجديدة المحتملة ، بخلاف تأثير جسيمات الميون.

يعتقد الفيزيائيون النظريون أنه قد يكون مرتبطًا أيضًا بجسيم دون ذري لم يتم اكتشافه بعد. هناك أكثر من مفهوم واحد لما يمكن أن يكون عليه هذا الجسيم الافتراضي. أحدهما يسمى leptoquark ، والآخر هو Z & # x27 boson (Z-prime boson).

في الشهر الماضي ، وصف الفيزيائيون العاملون في تجربة LHCb في مصادم الهادرونات الكبير النتائج التي يمكن أن تشير إلى جسيم جديد وقوة جديدة.

قال الدكتور ميتش باتيل ، من إمبريال كوليدج لندن ، والذي شارك في هذا المشروع: "السباق جاري الآن لمحاولة الحصول على واحدة من هذه التجارب للحصول حقًا على دليل على أن هذا حقًا شيء جديد. سيتطلب ذلك مزيدًا من البيانات والمزيد من القياسات ونأمل أن يظهر دليلًا على أن هذه التأثيرات حقيقية. & quot

أعطى البروفيسور ألاناك القوة الخامسة المحتملة أسماء مختلفة في نماذجه النظرية. من بينها & quot؛ قوة النكهة & quot ، & quot؛ العائلة الثالثة هي القوة المفرطة & quot و- الأكثر شيوعًا على الإطلاق- & quotB ناقص L2 & quot.

بالإضافة إلى قوى الجاذبية والكهرومغناطيسية الأكثر شيوعًا (المسؤولة عن الكهرباء والمغناطيسية) ، تتحكم القوى القوية والضعيفة في سلوك الجسيمات دون الذرية.

قد تساعد القوة الأساسية الخامسة في تفسير بعض الألغاز الكبيرة حول الكون التي مارسها العلماء في العقود الأخيرة.

على سبيل المثال ، تُعزى الملاحظة التي تشير إلى تسارع توسع الكون إلى ظاهرة غامضة تُعرف باسم الطاقة المظلمة. لكن بعض الباحثين اقترحوا سابقًا أنه يمكن أن يكون دليلًا على وجود قوة خامسة.

وقالت الدكتورة ماجي أديرين-بوكوك ، مقدمة البرامج المشاركة في برنامج Sky at Night على BBC & # x27s ، لبي بي سي نيوز: "إنه أمر محير للغاية. لديها القدرة على قلب الفيزياء رأسا على عقب. لدينا عدد من الألغاز التي لم تحل بعد. وهذا يمكن أن يعطينا الإجابات الرئيسية لحل هذه الألغاز. & quot


هل تم اكتشاف قوة جديدة للطبيعة؟

كانت هناك مقالات مثيرة في وسائل الإعلام الإخبارية تشير إلى أن جائزة نوبل قد مُنحت بالفعل للاكتشاف المذهل لقوة & # 8220 الخامسة. & # 8221 اعتقدت أنني & # 8217d من الأفضل أن أرمي بعض الماء البارد على تلك النار ، إنه بخير حتى يشتعل ، لكن لا ينبغي أن نتركه يسخن.

من المؤكد أنه قد تكون هناك قوى غير معروفة حتى الآن تنتظر من يكتشفها & # 8212 العشرات منهم ، ربما. حتى الآن ، هناك أربع قوى مدروسة جيدًا: الجاذبية ، والكهرباء / المغناطيسية ، والقوة النووية القوية ، والقوة النووية الضعيفة. علاوة على ذلك ، فإن العلماء واثقون تمامًا بالفعل هناك قوة خامسة، التي تم التنبؤ بها ولكن لم يتم قياسها بعد ، والتي تم إنشاؤها بواسطة مجال هيغز. لذا فإن القصة الحالية ستكون حقًا حول أ السادسفرض.

بشكل تقريبي ، أي قوة جديدة تأتي بجسيم جديد واحد على الأقل. هذا & # 8217s بسبب

  • كل قوة تنشأ من نوع من المجال (على سبيل المثال ، تأتي القوة الكهربائية من المجال الكهرومغناطيسي ، وتأتي قوة هيجز المتوقعة من مجال هيغز)
  • والتموجات في هذا النوع من المجال هي نوع من الجسيمات (على سبيل المثال ، الحد الأدنى من التموج في المجال الكهرومغناطيسي هو الفوتون & # 8212 جسيم من الضوء & # 8212 وتموج ضئيل في مجال هيغز هو الجسيم المعروف باسم بوزون هيغز.)

الإثارة الحالية ، كما هي ، تنشأ لأن شخصًا ما يدعي امتلاكه دليل على وجود جسيم جديد، التي قد تشير خصائصها إلى وجود قوة غير معروفة سابقًا في الطبيعة. لم يتم البحث عن القوة نفسها ، ناهيك عن اكتشافها.

الجسيم الجديد ، إذا كان موجودًا بالفعل ، سيكون له كتلة سكونية أكبر بحوالي 34 مرة من كتلة الإلكترون & # 8212 حوالي 1/50 من كتلة سكون البروتون & # 8217s. من الناحية الفنية ، هذا يعني أن طاقتها E = mc² تبلغ حوالي 17 مليون إلكترون فولت (MeV) ، وهذا هو سبب تسمية الفيزيائيين لها بـ X17. لكن السؤال هو ما إذا كانت التجربتان اللتان وجدت دليلاً على ذلك صحيحين.

في التجربة الأولى ، التي ظهرت نتائجه في عام 2015 ، درس فريق تجريبي مقره في ديبريسين ، المجر أعدادًا كبيرة من نوى ذرات البريليوم -8 ، والتي تم رفعها إلى & # 8220 حالة مثيرة & # 8221 (أي ، مع المزيد من الطاقة من المعتاد). تتفكك النواة المثارة حتمًا ، ودرس المجربون الحطام. في مناسبات نادرة ، لاحظوا الإلكترونات والبوزيترونات [a.k.a. الإلكترونات المضادة] ، وقد تصرفت هذه بطريقة مفاجئة ، كما لو أنها نتجت عن اضمحلال جسيم لم يكن معروفًا من قبل.

في التجربة التي تم الإبلاغ عنها مؤخرًا ، والتي ظهرت نتائجها للتو ، لاحظ نفس الفريق تفكك نوى الهيليوم المتحمسة. وجدوا مرة أخرى دليلاً على ما يأملون في أن يكون X17 ، وبالتالي ادعوا تأكيدًا لتجاربهم الأصلية على البريليوم.

عندما تدعي تجربتان مختلفتان نوعياً نفس الشيء ، فمن غير المرجح أن تكونا خاطئتين ، لأن من غير المحتمل أن تؤدي أي أخطاء في التجربتين إلى إنشاء دليل مزيف من نفس النوع. في ظاهر الأمر ، يبدو أنه من غير المحتمل أن يحدث ذلك على حد سواء القياسات التي أجريت على نواتين مختلفتين يمكن أن تزييف جسيم X17.

ومع ذلك ، يجب أن نظل حذرين ، لأن كلا التجربتين تم إجراؤها بواسطة نفس العلماء. إنهم ، بالطبع ، يأملون في الحصول على جائزة نوبل (والتي ، إذا كانت تجاربهم صحيحة ، سيفوزون بالتأكيد) ومن الممكن أن يعانون من التحيز اللاواعي. من الشائع جدًا أن يرى العلماء الأفراد ما يريدون رؤيته من البشر ، والتحيزات الخفية يمكن أن تضلل حتى أفضل العلماء. فقط بشكل جماعي ، من خلال عملية التحقق ، والتكاثر ، واستخدام عمل بعضهم البعض & # 8217s ، يقوم العلماء بإنشاء معرفة جديرة بالثقة.

لذلك من الحكمة انتظار الجهود التي تبذلها مجموعات أخرى من المجربين للبحث عن جسيم X17 المقترح. إذا تمت ملاحظة X17 من خلال تجارب أخرى ، فسنكون على ثقة من أنه & # 8217s حقيقي. لكن ربما ربحنا & # 8217t نعرف حتى ذلك الحين. لا أعرف حاليًا ما إذا كان الانتظار سيكون شهورًا أم بضع سنوات.

لماذا أنا متشكك للغاية؟ هناك سببان متميزان.

أولاً ، هناك & # 8217s قضية مفاهيمية ورياضية. ليس من السهل إنشاء معادلات معقولة تسمح لـ X17 بالتعايش مع جميع الأنواع المعروفة للجسيمات الأولية. إن كتلته أصغر من كتلة البروتون ليست مشكلة في حد ذاتها. لكن يحتاج X17 إلى بعض الخصائص الفريدة والغريبة من أجل (1) رؤيته في هذه التجارب ، ومع ذلك (2) لا يمكن رؤيته في بعض التجارب السابقة الأخرى ، والتي كان بعضها يبحث صراحة عن شيء مشابه. يتطلب عمل معادلات تتوافق مع هذه الخصائص بعض الحيل المعقدة وغير المعقولة تمامًا. هل من المستحيل؟ لا ، لكن عددًا من الأساليب التي اقترحها العلماء كانت معيبة ، والطرق المتبقية ، بالنسبة لي ، مفتعلة قليلاً.

بالطبع ، الفيزياء علم تجريبي ، وما يعتقده المنظرون مثلي لا يهم في النهاية. If the experiments are confirmed, theorists will accept the facts and try to understand why something that seems so strange might be true. But we’ve learned an enormous amount from mathematical thinking about nature in the last century — for instance, it was math that told us that the Higgs particle couldn’t be heavier than 1000 protons, and it was on the basis of that `advice’ that the Large Hadron Collider was built to look for it (and it found it, in 2012.) Similar math led to the discoveries of the W and Z particles roughly where they were expected. So when the math tells you the X17 story doesn’t look good, it’s not reason enough for giving up, but it is reason for some pessimism.

Second, there are many cautionary tales in experimental physics. For instance, back in 2003 there were claims of evidence of a particle called a pentaquark with a rest mass about 1.6 times a proton’s mass — an exotic particle, made from quarks and gluons, that’s both like and unlike a proton. Its existence was confirmed by multiple experimental groups! Others, however, didn’t see it. It took several years for the community to come to the conclusion that this pentaquark, which looked quite promising initially, did not in fact exist.

The point is that mistakes do get made in particle hunts, sometimes in multiple experiments, and it can take some time to track them down. It’s far too early to talk about Nobel Prizes.

[Note that the Higgs boson’s discovery was accepted more quickly than most. It was discovered simultaneously by two distinct experiments using two methods each, and confirmed by additional methods and in larger data sets soon thereafter. Furthermore, there were already straightforward equations that happily accommodated it, so it was much more plausible than the X17.]

And just for fun, here’s a third reason I’m skeptical. It has to do with the number 17. I mean, come on, guys, seriously — 17 million electron volts? This just isn’t auspicious. Back when I was a student, in the late 1980s and early 90s, there was a set of experiments, by a well-regarded experimentalist, which showed considerable evidence for an additional neutrino with a E=mc² energy of 17 thousand electron volts. Other experiments tried to find it, but couldn’t. Yet no one could find a mistake in the experimenter’s apparatus or technique, and he had good arguments that the competing experiments had their own problems. Well, after several years, the original experimenter discovered that there was a piece of his equipment which unexpectedly could absorb about 17 keV of energy, faking a neutrino signal. It was a very subtle problem, and most people didn’t fault him since no one else had thought of it either. But that was the end of the 17 keV neutrino, and with it went hundreds of research papers by both experimental and theoretical physicists, along with one scientist’s dreams of a place in history.

In short, history is cruel to most scientists who claim important discoveries, and teaches us to be skeptical and patient. If there is a fifth السادس force, we’ll know within a few years. Don’t expect to be sure anytime soon. The knowledge cycle in science runs much, much slower than the twittery news cycle, and that’s no accident if you want to avoid serious errors that could confuse you for a long time to come, don’t rush to judgment.


A Physics Breakthrough: More Evidence of New Particles or Forces

New results from a massive experiment double down on indicating undiscovered influences on particles called muons

There are still-undiscovered particles or unknown forces swirling all around us, suggest new results from a massive experiment conducted at the US Department of Energy’s Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Illinois. The findings were analyzed with the help of more than 200 scientists from 35 institutions in seven countries, including physicists from Boston University.

The experiment’s results appear to indicate the presence of something mysterious beyond the current reaches of science. It’s a breakthrough moment for physics, a field that has spent decades developing increasingly sensitive detectors and technologies to investigate the unseen particles and forces that make up our material world and beings.

“Over the last 50 years, our understanding of the subatomic world has become really amazing,” says BU physicist Lee Roberts, cofounder of the experiment and a coauthor on the analysis of the Fermilab results. “We’ve managed since the 1970s to put a lot of things together, theoretically, that explain magnetic interactions and forces that govern our physical world—but there are a number of questions we still don’t understand.”

BU physicist Lee Roberts. Photo courtesy of Roberts

This new finding, he says, “reveals that there must be something else beyond what we currently know.”

The Fermilab experiment, called Muon g-2, detected particles called muons behaving slightly differently than currently accepted physics theories—known altogether as the Standard Model of physics—would predict. That slight deviation indicates that other particles or forces not accounted for by the Standard Model are influencing the muon particles. But what? Those mysterious forces could perhaps be from undiscovered types of particles that are changing the muon’s magnetic strength.

Muons are a good candidate for helping physicists study the subatomic world because they can be easily detected and measured using today’s technological capabilities. They are naturally created when cosmic rays traveling from the sun, other planets, and the universe beyond our solar system reach and interact with Earth’s atmosphere. These particles are about 200 times heavier than electrons.

“Muons are heavier siblings to the electron, and they have an electric charge,” says Roberts, a BU College of Arts & Sciences professor of physics. Like electrons, muons spin. “Because they have an electric charge and are spinning around, they generate a magnetic field—they act like tiny spinning magnets.” That spin is key to scientists’ being able to detect their behavior and what other particles and forces are influencing muons.

Particles approaching the speed of light

At Fermilab, a huge donut-shaped machine—embedded with electronics and circuitry custom-built by Roberts and other BU physicists—uses strong magnetic fields to trap the muons in a magnetic racetrack as the particles travel around at incredibly high speeds, almost at the speed of light. Inside the machine, protons are smashed into a metal target, mimicking the collision that happens when cosmic rays hit Earth’s atmosphere. The result? Millions of muons are produced every second.

As those muons spin around the donut-shaped racetrack, they wobble as if on an internal axis, like a top or gyroscope. The strength of the muons’ magnetic field, which physicists call the “g-factor,” determines how much it wobbles. The g-factor is influenced by the muon’s interactions with the sea of subatomic particles that naturally exist all around it—a constantly changing “foam” of short-lived particles. Inside the donut at Fermilab, high-precision detectors allow physicists to measure the muon g-factor, which is what led them to discover that there must be a new type of particle or force swirling around the muons in the foam, changing their g-factor from what the Standard Model of physics would expect.

In its first year of operation, in 2018, the Fermilab experiment collected more data than all prior muon g-factor experiments combined. The Fermilab experimental results are especially exciting because they confirm similar findings that were made at Brookhaven National Laboratory (BNL) in 2001. “In 2001, when it looked like we were seeing evidence of new physics at Brookhaven, it was in newspapers all around the world. There was so much interest in the findings,” Roberts says.

Breakthroughs of this magnitude, much like the construction of the gigantic machines that make them possible, take time. The Large Hadron Collider at CERN in Geneva, Switzerland, had been searching for signs of new particles or forces since it started operating in 2008. In 2012, CERN made history when it detected the Higgs boson (nicknamed the “God particle”) for the first time.

Now, the United States is having its own aha moment.

“The Fermilab result agrees with the BNL result,” Roberts says. Combined, the BNL and Fermilab experiments indicate that the chance of the results being a statistical fluctuation is about 1 in 40,000. That means it’s statistically very likely that undiscovered particles or forces are jostling the spinning muons, influencing their magnetic strength and the amount of wobble they show. When the BNL result was the only one of its kind, doubt still lingered. Now, it’s been reproduced at Fermilab with even more precise measurements.

“Today is an extraordinary day, long awaited not only by us but by the whole international physics community,” Graziano Venanzoni said in a Fermilab press release. Venanzoni is co-spokesperson of the Muon g-2 experiment and a physicist at the National Institute for Nuclear Physics in Italy. “A large amount of credit goes to our young researchers who, with their talent, ideas and enthusiasm, have allowed us to achieve this incredible result.”

Long Island Sound to the Mississippi River to Fermilab

To do the Fermilab experiment, the donut-shaped machine first had to get there from BNL. In 2013, it traveled by boat from BNL’s Long Island location, around the Florida peninsula, and up the Mississippi River, where it finally joined up with Illinois’ waterways. Then, a series of interstate highway shutdowns allowed an oversized truck to slowly transport the machine to the Fermilab location.

At Fermilab, electronics and circuitry developed at BU’s Electronics Design Facility (EDF) and Scientific Instrument Facility were an integral part of the experiment.

“BU’s Electronics Design Facility can build custom equipment when we need it—and we needed a special controller for the system that keeps the beam of muons stored in the racetrack,” Roberts says. Another set of custom electronics from BU, developed by BU Adjunct Professor of Physics James Mott and the EDF team, sits inside the machine’s donut-shaped storage ring, measuring the signals that the muons give off as they speed around the vacuum-sealed ring.

For the Brookhaven experiment, Roberts says, BU performed about $600,000 of machining to create custom parts and electronics. Those contributions then made their way to Fermilab onboard the racetrack, and the BU team also helped modify the machine’s vacuum chambers to set up the new experiment at Fermilab. In addition to Roberts and Mott, other members of the BU team included CAS Professors of Physics Robert Carey and James Miller, postdoctoral research associates Nam Tran and Andy Edmonds, and graduate student Nick Kinnaird.

“Physics is interested in understanding the fundamental, underlying laws of nature, the forces and interactions between matter,” Roberts says. “It explains atoms, chemistry, how solids or condensed matter works. Understanding physics allows us to develop new materials and new devices, and the exploration of physics requires us to advance our technological capabilities. To make these measurements, we’re designing new technologies, and we require computers with increasingly enormous amounts of computational power.”

Detectors developed by physicists, for example, are now used to perform MRI and PET scanning, types of medical scans that allows clinicians to see inside the human body.

Data analysis on the second and third runs of the experiment is underway. The fourth run is ongoing, and a fifth run is planned. Combining the results from all five runs at Fermilab will give scientists an even more precise measurement of the muon’s wobble, revealing with greater certainty whether new physics is hiding within the particle foam that swirls around muons.

Fermilab scientist Chris Polly, who was a lead graduate student on the Brookhaven experiment in 2001, says the latest breakthrough makes all the patience and time that was necessary worthwhile.

“After the 20 years that have passed since the Brookhaven experiment ended, it is so gratifying to finally be resolving this mystery,” Polly says.


Scientists may have discovered a new force of nature?

Sigh, how I hate media. No, the everydays physics will not change at all. We will extend our description and understanding of minute details. Birds will still fly, cars will still drive, TVs will be still using the same old physics to transmit the same old dang.

There's an extant thread somewhere, in high energy.

I do not like this take. The BBC is not writing for scientists, they are writing for people with only casual interest in Physics who would be completely turned off by an article littered with technicalities.

The titles tend to be a bit clickbait, sure, but at the end of the day if you want to make the average person excited about science then popular expositions play an important role. Silly example: when I called my mum earlier and she asked about the headline, I'm not going to turn around and say "Pffft, you fool! That's not حقيقة physics!" I'm more just happy that she wanted to take an interest in a subject I'm passionate about.

So I say, sensationalise all you want (within reason ). It's just a bit of fun!

A fifth fundamental force would be pretty significant, if true.

In their defense, Einsteins' relativity and then quantum mechanics both "turned physics on its head" - even for (especially for) the layperson. It overturned how we see our universe.

New force, new physics? maybe not. A group known as the "Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration" has recomputed the magnetic moment and reduced the discrepancy between theory and experiment to 1.6 σ.

Indeed, if a group of theorists going by the name of the Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration is correct, there may be no disparity between experiment and theory at all. In a new study in Nature, it shows how lattice-QCD simulations can boost the contribution of known virtual hadrons so that the predicted value of the muon’s anomalous moment gets much closer to the experimental ones. Collaboration member Zoltan Fodor of Pennsylvania State University in the US says that the disparity between the group’s calculation and the newly combined experimental result stands at just 1.6σ.

There is a risk that it undermines the public perception of established science. If fundamental physics can be "turned on its head", then why not the science of climate change, epidemiology, vaccinations and even the geological evidence against creationism?

The politically astute thing to do would be to play down the impact of new discoveries to established theories (which is often the technical reality in any case), and emphasise that this is something new that extends our knowledge - in this case, something to add to the standard model, rather than something that renders it obsolete.

Maybe, but consider: some citizens will benefit more from science news than others.

Even if 90% of the public are merely passive readers, but 10% are actively interested, it might still be advantageous to target the `10%.

Interested citizens get involved, get educated, invest, donate, pursue careers and join science forums - in the sciences.

(Ultimately, the 10% won't be led astray by clickbait articles, since their self-education will innoculate them from low quality information.)

I don't know. But if it's a force of nature, it's probably in some way related to Chuck Norris.

There is a risk that it undermines the public perception of established science. If fundamental physics can be "turned on its head", then why not the science of climate change, epidemiology, vaccinations and even the geological evidence against creationism?

The politically astute thing to do would be to play down the impact of new discoveries to established theories (which is often the technical reality in any case), and emphasise that this is something new that extends our knowledge - in this case, something to add to the standard model, rather than something that renders it obsolete.

This does make sense. I often have read articles that have illegitimately caused loss of faith in a theory.

But then there is a loss of credibility when dogma is defended for the sake of keeping the masses faithfull.

Covid has been an extreme lesson on this, with many authorities having been constantly defending their old and now known to be wrong ideas: asymptomatic, masks, mutations, airborne, etc.

What makes me trust science is when there is an openness about uncertainty, a quickness to acknowledge mistakes.

Neil says science is right whether or not you believe in it. I don't agree with that or that we should tell the masses that for example.

I have been reading articles in other journals to the same effect since a few days.
It does not seem to me fair to blame the journalists for what people are finding wrong – scientists seem to be feeding them, see the quotes.

I had been meaning to ask here just what is there about this experiment that a disagreement between its results and a theoretical calculation is necessarily some totally fundamental change of physics. (Also I'd always heard the Standard Model described as a useful thing to be going on with, even a bit ramshackle, is that right? not something perfect that it would be shocking to modify).

If both theoretical prediction and measurements are robust then every deviation is revolutionary and will change fundamental physics a lot. We had a single clear deviation from the SM in the last decades - neutrino masses.

We already have a discussion here
There are two theory predictions, one agrees with the experiment. It's very likely that the other prediction is just incorrect. We already know that at least one of them must be off, and it's probably not the one that agrees with experiment.

A fifth fundamental force would be pretty significant, if true.

In their defense, Einsteins' relativity and then quantum mechanics both "turned physics on its head" - even for (especially for) the layperson. It overturned how we see our universe.

Suppose that there really is a 4.2 sigma discrepancy and the BMW calculation is wrong.

One thing we can say with certainty is that a measurement that is 4.2 sigma from a theory prediction for muon g-2 does not tell us "what" is causing the discrepancy.

It only tells us "how big" the discrepancy is, and even then, only partially. A discrepancy could be due to a tiny tweak to something central to calculating muon g-2, or it could be a huge tweak to something that only makes a small contribution to the overall result, or it could be something in between, or a bit of all of those explanations.

But, since the calculation of muon g-2 receives contributions from all three Standard Model forces and most of the Standard Model fundamental particles (in addition to any new physics contributions), it is a very global measure of the consistency of the Standard Model with experiment.

Lots of plausible explanations wouldn't involve a "fifth force", just one or more new particles. For example, while no one is proposing this particular explanation of the muon g-2 anomaly, as proof of concept, if there were a fourth generation of Standard Model fermions (t', b', tau', tau neutrino'), this would change the value of muon g-2 a little, without changing any of the forces of the Standard Model.

To give a more "real" example, one of the big differences between the prediction that says there is a 4.2 sigma distinction between experiment and prediction, and the one that says that there is only a 1.6 sigma distinction, is that the second prediction treats up and down quarks as having different masses, while the first one uses only the average mass of the up and down quarks. This slight tweak in the assumed masses of two Standard Model quarks makes a quite significant impact on the predicted discrepancy between theory and experiment, even though both the up quark and down quark masses are tiny (about 2.5% and 5% respectively, of the muon mass).

Also, keep in mind that the discrepancy, even if it is highly statistically significant, is still tiny. It is on the order of 2 parts per billion.

The same can be said of other anomalies that are out there.

For example, there are several kinds of decays of B mesons (composite particles with a valence quark and anti-quark, one of which is a b quark or anti-b quark) which seem to produce decays that generate more electrons than muons for reasons beyond those attributable to their mass differences even though in the Standard Model, this shouldn't happen. This isn't seen in any other kind of decay process.

But guess what. There are almost no processes of engineering importance, or importance in the post-Big Bang natural world, even in extreme circumstances like the inner structure of neutron stars and supernova, in which the ratio of lepton flavors produced in B meson decays play an important part. It is intellectually interesting and could even lead to a tweak of the Standard Model, but it is not important in any practical sense. Nobody even predicted that b-quarks existed until 1973 and no one in the entire history of life on Earth had knowingly observed one until 1977. B mesons are so ephemeral that they have a mean lifetime on the order of a trillionth of a second, and have only ever been produced in the lab in a handful high energy particle colliders.

So, while there may be a crack or two in the Standard Model that doesn't yet have a full explanation, it is still an incredibly precise and accurate description of the real world, and the cracks that are present are either tiny, or in highly exotic phenomena produced only in the most rarified laboratory conditions.


Hi from spain!

I'm so interested in exoplanets, interstellar travel and extraterrestrial intelligence. I hope to learn a lot.

Me llama cuando me necesita

That is about all I can remember about high school Spanish. lol.

Welcome to the ATS nuthouse! Please remember to leave the place better off than when you found it!

De puta madre. Esto es pra ti.

  • Just Had A Brush With Death
    General Chit Chat : 3 minutes ago
  • Whiskey…..
    Food and Cooking : 54 minutes ago
  • Shocking Results Came Back - Parents Sent Their Kids' Face Masks to A Lab for Analysis.
    Diseases and Pandemics : 1 hours ago
  • The intrinsic necessity of death
    Social Issues and Civil Unrest : 2 hours ago
  • Can a $110 Million Helmet Unlock the Secrets of the Mind?
    Science & Technology : 2 hours ago
  • Media Bias Website
    Interesting Websites : 3 hours ago
  • Has anyone here turned a chest freezer into a garage fridge?
    General Chit Chat : 5 hours ago
  • Associated Press will no Longer be Naming Suspects in Minor Crime Stories
    Political Mud-Pit : 5 hours ago
  • Congress to receive Pentagon UFO report TODAY
    Aliens and UFOs : 5 hours ago
  • need a deal on hair care products?
    Political Mud-Pit : 5 hours ago
  • unindicted co=conspirator
    Political Mud-Pit : 14 hours ago, 21 flags
  • Good news on Ivermectin
    Diseases and Pandemics : 10 hours ago, 18 flags
  • Shocking Results Came Back - Parents Sent Their Kids' Face Masks to A Lab for Analysis.
    Diseases and Pandemics : 1 hours ago, 16 flags
  • A different take on an old mystery
    The Gray Area : 13 hours ago, 14 flags
  • Associated Press will no Longer be Naming Suspects in Minor Crime Stories
    Political Mud-Pit : 5 hours ago, 10 flags
  • I have grown as a person Family Tea
    People : 16 hours ago, 10 flags
  • Congress to receive Pentagon UFO report TODAY
    Aliens and UFOs : 5 hours ago, 10 flags
  • Short interview with Congressman Tim Burchett
    Aliens and UFOs : 13 hours ago, 9 flags
  • need a deal on hair care products?
    Political Mud-Pit : 5 hours ago, 9 flags
  • Some People Should Be Culled
    Rant : 16 hours ago, 9 flags

This content community relies on user-generated content from our member contributors. The opinions of our members are not those of site ownership who maintains strict editorial agnosticism and simply provides a collaborative venue for free expression.


Particle Physics Experiments Reinforce Evidence of New Force of Nature - History

It’s long been accepted by physics that everything in the Universe is controlled by just four fundamental forces: gravity, electromagnetic, and strong and weak nuclear forces. However, according to some Hungarian physicists, there may be a fifth force of nature, which could be vital evidence to understanding dark matter.

Attila Krasznahorkay and his group at the Hungarian Academy of Sciences’s Institute for Nuclear Research in Debrecen, Hungary, initially published their new discovery last year on the arXiv preprint server. Their findings were published in January 2016 in the journal Physical Review Letters.

Protons were aimed at lithium-7, a collision that created unstable beryllium-8 nuclei, which then decayed into pairs of electrons and positrons. At about 140 degrees, the number of these pairs increased, creating a little bump before dropping off again at higher angles.
According to Krasznahorkay and his team, this ‘bump’ was evidence of a new particle. They calculated that the mass of this new particle would be around 17 megaelectronvolts (MeV), which isn’t what was expected for the ‘dark photon’, but could be evidence of something else entirely. The end result was a new boson particle that was only 34 times heavier than an electron.

“We are very confident about our experimental results,” Krasznahorkay told Nature. However, the report was largely overlooked. Then, on April 25, a group of US theoretical physicists brought the finding to wider attention by publishing its own analysis of the result on arXiv2.

The US team, led by the lead author of the arXiv report, Jonathan Feng from the University of California, Irvine, showed that the data didn’t conflict with previous experiments, and established that it could be evidence for a fifth fundamental force. “We brought it out from relative obscurity,” says Feng.

The physics world is now buzzing with the possibility of an undiscovered fundamental force. Rumours about this elusive fifth force has existed for years, partly motivated by the incapability of the standard model of particle physics to explain dark matter—a hypothetical form of matter that comprises a huge portion of the mass and energy in the observable universe. Dark matter can feel gravity but not electromagnetism, which is why we cannot see or touch it, since our sight, touch, and most of our science experiments detect stuff using the electromagnetic force.

The physicists who conducted the original experiment are confident about what they have discovered. Nature News article reports that other physicists seem doubtful, but are excited about the about the experimental results. Physicists are now thinking about different ways to scrutinize this intriguing finding. Researchers at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Newport News, Virginia, CERN, and other labs are trying to see if they can reconstruct the Hungarian team’s results in their own experiments. They are expected to confirm or invalidate the Hungarian experimental results in about a year.


This fifth force may explain some big Universe mysteries

A fifth fundamental force might help explain some of the big puzzles about the Universe that have exercised scientists in recent decades.

For example, the observation that the expansion of the Universe was speeding up was attributed to a mysterious phenomenon known as dark energy. But some researchers have previously suggested it could be evidence of a fifth force.

Dr Maggie Aderin-Pocock, co-presenter of the BBC’s Sky at Night programme said: “It is quite mind boggling. It has the potential to turn physics on its head. We have a number of mysteries that remain unsolved. And this could give us the key answers to solve these mysteries.” [BBC]

Now subscribe to this blog to get more amazing news curated just for you right in your inbox on a daily basis (here an example of our new newsletter).

You can also follow us on Facebook and/ or Twitter. And, by the way you can also make a donation through Paypal. شكرا لك!

You should really subscribe to QFiles. You will get very interesting information about strange events around the world.


شاهد الفيديو: فيزياء الجسيمات الذرية: التناظر والكتلة في معادلة ديراك وجسيم هيغز بوزون Symmetry and Mass