Le nuove scoperte di 2 esperimenti aumentano il supporto per la nuova fisica

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I risultati preliminari di due esperimenti suggeriscono che potrebbe esserci qualcosa di sbagliato nel modo in cui i fisici pensano che l’universo funzioni, una prospettiva che ha perplesso ed entusiasta il campo della fisica delle particelle.

Le particelle più piccole non stanno facendo quello che ci si aspetta da loro quando girano attorno a due diversi esperimenti di lunga durata negli Stati Uniti e in Europa. I risultati confusi – se dimostrati giusti – rivelano i principali problemi con il libro di regole che i fisici usano per descrivere e capire come funziona l’universo a livello subatomico.

Il fisico teorico Matthew McCullough del CERN, l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare, ha affermato che districare i misteri potrebbe “portarci oltre la nostra attuale comprensione della natura”.

Il libro delle regole, chiamato Modello Standard, è stato sviluppato circa 50 anni fa. Esperimenti condotti nel corso di decenni hanno affermato più e più volte che le sue descrizioni delle particelle e delle forze che compongono e governano l’universo erano praticamente nel segno. Fino ad ora.

“Nuove particelle, nuova fisica potrebbero essere appena al di là della nostra ricerca”, ha detto il fisico delle particelle della Wayne State University Alexey Petrov. “È allettante.”

Questa fotografia mostra il sistema LHCb Muon presso la struttura Large Hadron Collider dell’Organizzazione europea per la ricerca nucleare fuori Ginevra. (Maximilien Brice, Julien Marius Ordan / CERN tramite The Associated Press)

Il Fermilab del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha annunciato mercoledì i risultati di 8,2 miliardi di gare lungo una pista fuori Chicago che, sebbene la maggior parte delle persone abbia i fisici in agitazione: il campo magnetico attorno a una particella subatomica fugace non è quello che il modello standard dice che dovrebbe essere. Ciò segue i nuovi risultati pubblicati il ​​mese scorso dal Large Hadron Collider del CERN che ha trovato una proporzione sorprendente di particelle all’indomani di collisioni ad alta velocità.

Petrov, che non era coinvolto in nessuno dei due esperimenti, era inizialmente scettico sui risultati del Large Hadron Collider quando sono emersi i primi suggerimenti nel 2014. Con gli ultimi risultati più completi, ha detto che ora è “cautamente estatico”.

Riguarda il muone

Lo scopo degli esperimenti, spiega il fisico teorico della Johns Hopkins University David Kaplan, è quello di separare le particelle e scoprire se c’è “qualcosa di divertente in corso” con entrambe le particelle e lo spazio apparentemente vuoto tra di loro.

“I segreti non vivono solo nella materia. Vivono in qualcosa che sembra riempire tutto lo spazio e il tempo. Questi sono campi quantistici”, ha detto Kaplan. “Stiamo mettendo energia nel vuoto e vediamo cosa ne esce”.

Entrambe le serie di risultati coinvolgono la strana particella fugace chiamata muone. Il muone è il cugino più pesante dell’elettrone che orbita attorno al centro di un atomo. Ma il muone non fa parte dell’atomo, è instabile e normalmente esiste solo per due microsecondi. Dopo che fu scoperto nei raggi cosmici nel 1936, gli scienziati furono così confusi che un famoso fisico chiese “Chi l’ha ordinato?”

“Fin dall’inizio stava facendo grattare la testa ai fisici”, ha detto Graziano Venanzoni, un fisico sperimentale presso un laboratorio nazionale italiano, uno dei migliori scienziati dell’esperimento del Fermilab statunitense, chiamato Muon g-2.

L’esperimento invia muoni attorno a una traccia magnetizzata che mantiene le particelle esistenti abbastanza a lungo da consentire ai ricercatori di osservarle più da vicino. I risultati preliminari suggeriscono che lo “spin” magnetico dei muoni è dello 0,1% rispetto a quanto previsto dal modello standard. Potrebbe non sembrare molto, ma per i fisici delle particelle è enorme, più che sufficiente per sconvolgere l’attuale comprensione.

I ricercatori hanno bisogno di un altro anno o due per finire di analizzare i risultati di tutti i giri attorno al tracciato di 14 metri. Se i risultati non cambieranno, conterà come una grande scoperta, ha detto Venanzoni.

Separatamente, nel più grande distruttore di atomi del mondo al CERN, i fisici hanno fatto schiantare protoni l’uno contro l’altro lì per vedere cosa succede dopo. Uno dei diversi esperimenti separati dei collisori di particelle misura ciò che accade quando particelle chiamate bellezza o quark di fondo entrano in collisione.

Nikolai Bondar, visto qui, lavora al sistema LHCb Muon presso la struttura Large Hadron Collider dell’Organizzazione europea per la ricerca nucleare fuori Ginevra. (Maximilien Brice, Julien Marius Ordan / CERN tramite The Associated Press)

Il Modello Standard prevede che questi crash di quark di bellezza dovrebbero portare a un numero uguale di elettroni e muoni. È un po ‘come lanciare una moneta 1.000 volte e ottenere un numero uguale di teste e croce, ha detto Chris Parkes, capo dell’esperimento di bellezza del Large Hadron Collider.

Ma non è quello che è successo.

“Questo è qualcosa che non va”

I ricercatori hanno esaminato attentamente i dati di diversi anni e alcune migliaia di incidenti e hanno trovato una differenza del 15%, con un numero significativamente maggiore di elettroni che muoni, ha detto il ricercatore Sheldon Stone della Syracuse University.

Nessuno dei due esperimenti è stato ancora definito una scoperta ufficiale perché c’è ancora una piccola possibilità che i risultati siano stranezze statistiche. L’esecuzione degli esperimenti più volte – pianificata in entrambi i casi – potrebbe, in un anno o due, raggiungere i requisiti statistici incredibilmente rigorosi per la fisica per salutarla come una scoperta, hanno detto i ricercatori.

Se i risultati dovessero reggere, capovolgerebbero “ogni altro calcolo fatto” nel mondo della fisica delle particelle, ha detto Kaplan.

“Questo non è un fattore fudge. Questo è qualcosa di sbagliato”, ha detto Kaplan.

Ha spiegato che potrebbe esserci un qualche tipo di particella non scoperta – o forza – che potrebbe spiegare entrambi gli strani risultati.

O questi potrebbero essere errori. Nel 2011, una strana scoperta secondo cui una particella chiamata neutrino sembrava viaggiare più velocemente della luce ha minacciato il modello, ma si è scoperto essere il risultato di un problema di connessione elettrica allentata nell’esperimento.

“Abbiamo controllato tutte le nostre connessioni via cavo e abbiamo fatto il possibile per controllare i nostri dati”, ha detto Stone. “Siamo un po ‘fiduciosi, ma non si sa mai.”

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