De Large Hadron Collider opnieuw opstarten en op zoek naar een vijfde natuurkracht | Large Hadron Collider

De Large Hadron Collider De (LHC) wordt vrijdag hervat na een onderbreking van drie jaar en zal naar verwachting een wetenschappelijk probleem oplossen over de vraag of er een mysterieuze anomalie is die zou kunnen wijzen op het bestaan ​​van een vijfde fundamentele natuurkracht.

raadselachtige resultaten Ik noemde vorig jaar Hij herleefde de hoop dat de 20 mijl lange botser een tweede enorme ontdekking zou kunnen doen, meer dan een decennium later. Higgs-deeltje.

“We gaan deze race in met meer optimisme over de mogelijkheid van een komende revolutie”, zei Dr. Mitesh Patel, een deeltjesfysicus aan het Imperial College London wiens team vorig jaar verantwoordelijk was voor het onderzoek.

Tot nu toe is alles wat in de LHC is ontdekt – inclusief de Higgs – in lijn met de zogenaamde Standaard vorm. Dit is sinds de jaren zeventig de leidende theorie van de deeltjesfysica, maar het is bekend dat het onvolledig is omdat het enkele van de diepste mysteries van de natuurkunde, zoals de aard van donkere materie, niet verklaart.

Maar, Gegevens verzameld in het LHCb.-experimenteen van de vier enorme deeltjesdetectoren in Cern in Zwitserland, die lijkt te laten zien dat deeltjes zich gedragen op een manier die niet kan worden verklaard door het standaardmodel.

Het experiment keek naar het verval van deeltjes die schoonheidsquarks worden genoemd en waarvan wordt verwacht dat ze met een gelijke snelheid vervallen in elektronen en hun zwaardere neven, muonen. Beauty-quarks blijken echter 15% minder muonen te zijn, wat erop wijst dat een onbekende factor – mogelijk een nieuwe kracht – de weegschaal deed doorslaan. Twee van de topkandidaten zijn hypothetische krachtdragende deeltjes die leptoquarks of Z-priemgetallen worden genoemd.

“De inzet is erg hoog”, zei Patel. “Als we dat bevestigen, wordt het een revolutie van het soort dat we nog nooit hebben gezien – zeker in mijn leven. Je wilt het niet verknoeien.”

Voordat de LHC in 2018 werd stilgelegd voor een upgrade, verzamelde het team voldoende gegevens om aan te geven dat de kans op een toevallige uitkomst ongeveer duizend was. Maar de gouden standaard voor deeltjesfysica is veel strenger met een betrouwbaarheidsniveau van 3,5 meter, wat betekent dat er meer gegevens nodig zijn voordat de ontdekking wordt aangekondigd. Er is ook een langdurige mogelijkheid dat een onbekende experimentele fout de resultaten zou kunnen verklaren.

“Als je dit resultaat aan deeltjesfysici laat zien, is hun eerste instinct: ‘Jullie hebben het verpest’ in plaats van een nieuwe natuurkracht,” zei Patel. “Wij natuurkundigen staan ​​graag boven zekerheid en komen er aan de andere kant uit.”

In het afgelopen jaar is de verwachting toegenomen door meer intrigerende hints van fysica die verder gaan dan het standaardmodel dat te zien is in andere experimenten, waaronder recente experimenten. Onverklaarbare resultaten van Fermilab in de Verenigde Staten.

“Er lijkt nu een set losse filamenten te zijn”, zegt professor John Butterworth van University College London, die werkt aan het Atlas-experiment van de Large Hadron Collider. “Het deed me denken dat er misschien iets binnen bereik is van deze race of de volgende ronde.”

Als de LHC er niet in slaagt een nieuwe wetenschap buiten het standaardmodel te detecteren, zei Butterworth, zou dat geen mislukking zijn, maar zou het veld “een beetje in een dilemma” achterlaten over waar we vervolgens naar moeten kijken.

De derde ronde duurt naar verwachting tot 2026, na een upgrade die de installatie omvatte van extra krachtige magneten die zijn ontworpen om protonen in de versneller samen te drukken tot fijnere, dichtere bundels. Dit zal de snelheid van deeltjesbotsingen in de versneller verhogen, wat betekent dat wetenschappers zeldzame gebeurtenissen nauwkeuriger kunnen volgen.

“Het potentieel voor het ontdekken van nieuwe ideeën is nog steeds erg groot”, zegt Ashutosh Kotwal, een experimentele deeltjesfysicus aan de Duke University in de VS en co-voorzitter van een onderzoeksgroep over het Atlas-experiment van de Large Hadron Collider. “Opgemerkt moet worden dat dat de gegevens die we tot nu toe hebben verzameld slechts een tiende van het totaal is. Dat we plannen. Het is te vroeg om de moed te verliezen.”