Juguete Del Diablo. Una Nueva Partícula Del Colisionador Amenaza Con Destruir Toda La Física - Vista Alternativa

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Juguete Del Diablo. Una Nueva Partícula Del Colisionador Amenaza Con Destruir Toda La Física - Vista Alternativa
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Vídeo: Juguete Del Diablo. Una Nueva Partícula Del Colisionador Amenaza Con Destruir Toda La Física - Vista Alternativa

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Anonim

Los científicos que trabajan en la colaboración CMS informaron del probable descubrimiento de una partícula desconocida que se descompone en muones con una masa total de 28 GeV. Actualmente, ningún modelo teórico predice la existencia de esta partícula, pero los científicos esperan que esta anomalía no sea el resultado de un error estadístico. La preimpresión de observación está disponible en el repositorio arXiv.org. Le contaremos en detalle sobre el estudio, que puede resultar tanto un descubrimiento revolucionario como otra bocanada.

Bobina infernal

El Solenoide de Muón Compacto, o CMS (Solenoide de Muón Compacto), es un detector de partículas grandes ubicado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Este dispositivo gigante con un diámetro de 15 metros y un peso de 15 mil toneladas está diseñado para buscar Nueva Física, física más allá del Modelo Estándar. Si el Modelo Estándar describe las propiedades de todas las partículas elementales conocidas (y algunas aún no han sido confirmadas), entonces las hipótesis dentro del marco de la Nueva Física intentan explicar varios fenómenos que aún siguen siendo un misterio para los científicos.

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Según una de las hipótesis, la supersimetría, cada partícula elemental conocida corresponde a una supercompañera con una masa más pesada. Por ejemplo, el socio del electrón, que es el fermión, es el bosón de selectrón, y el socio del gluón (que es el bosón) es el gluinofermión. Sin embargo, la falta de resultados que confirmen la supersimetría ha llevado a que cada vez más científicos abandonen este modelo.

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Las colisiones protón-protón tienen lugar dentro del detector. Cada protón está formado por tres quarks que se mantienen unidos por el campo de gluones. A una alta velocidad, comparable a la velocidad de la luz, el campo de gluones se convierte en una "sopa" de partículas: gluones. En una colisión frontal de protones, solo unos pocos quarks o gluones interactúan entre sí, el resto de las partículas vuelan sin obstáculos. Se producen reacciones que producen muchas partículas de vida corta, y varios detectores CMS registran sus productos de desintegración, incluidos los muones. Los muones se parecen a los electrones, pero 200 veces más masivos.

Con la ayuda de detectores ubicados fuera del solenoide, los científicos pueden rastrear las trayectorias de los muones con alta precisión y determinar qué causó exactamente la aparición de una partícula en particular. Se requiere una gran cantidad de colisiones protón-protón para aumentar las posibilidades de producir una partícula rara que se desintegra en muones. Esto genera una cantidad astronómica de datos (alrededor de 40 terabytes por segundo), y para encontrar rápidamente algo inusual en ellos, se utiliza un sistema de activación especial, que decide qué información registrar.

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El fantasma interior

El CMS, junto con el detector ATLAS, también ubicado en el LHC, se utilizó para buscar el bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar. Esta partícula es responsable de la masa de los bosones W y Z (portadores de la interacción débil) y de la falta de masa en el fotón y gluón. En 2012, se descubrió el bosón de Higgs con una masa de 125 GeV. Sin embargo, los científicos creen que puede haber otros bosones de Higgs de menor masa fuera del Modelo Estándar. Son predichos por el modelo de Higgs de dos dobletes y el NMSSM (modelo estándar supersimétrico próximo al mínimo). A pesar de todas las pruebas experimentales, los científicos aún no han podido probar o refutar estas hipótesis.

Los científicos del CMS están buscando otras partículas exóticas ligeras. Estos incluyen, por ejemplo, fotones oscuros, portadores de una interacción fundamental completamente nueva, que recuerda a la electromagnética, y que son análogos a los fotones de la materia oscura. Otra partícula hipotética es el análogo oscuro del bosón Z.

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Los físicos han realizado un experimento para encontrar pruebas de la existencia de un bosón de luz, que es emitido por un par de quarks bonitos (quarks b) y se descompone en un muón y un anti-muón. Durante el experimento de colisiones protón-protón en un sistema de energía en el centro de masa (un sistema en el que las partículas tienen momentos iguales y opuestos) iguales a 8 TeV, se registraron varios eventos que probablemente están asociados con un bosón hipotético.

El primer tipo de eventos incluye la aparición de un chorro de quarks b en el centro del detector y su parte frontal, y el segundo, la aparición de dos chorros en el centro y ningún chorro en la parte frontal. En ambos casos, se observó un exceso de los pares de muones emergentes, y la masa de los pares, como muestra el análisis posterior, alcanzó los 28 GeV. La diferencia en el número de pares de muones de los valores de fondo para los eventos del primer tipo es 4,2 desviación estándar (sigma) y para los eventos del segundo tipo es 2,9 sigma.

Muerte de la física

En física de partículas, una diferencia de cinco sigma indica una cierta existencia de una anomalía que no podría haber surgido por casualidad. Sin embargo, si la diferencia se encuentra en el rango de 3-5 sigma, los físicos dicen que esto solo indica la existencia de una nueva partícula. En este último caso, es necesario obtener muchos más datos para confirmar (o refutar) el resultado, con el fin de excluir errores en el procesamiento e interpretación de los datos. Si todo está confirmado, entonces podemos decir que los muones surgen debido a la desintegración de una partícula de Nueva Física.

Esta no es la primera vez que se observa un fenómeno en el LHC que no encaja en el Modelo Estándar. En 2016, los físicos anunciaron el descubrimiento de signos de la existencia de una resonancia correspondiente a una partícula masiva de corta duración. Se registró en 2015 como un exceso de pares de fotones con una masa total de 750 GeV, en los que supuestamente decae esta partícula. En otras palabras, esta partícula debería haber sido seis veces más masiva que el bosón de Higgs. Sin embargo, el análisis de los datos recopilados en el colisionador más tarde no confirmó este resultado.

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Hasta ahora, los físicos no han encontrado ningún rastro confiable de la existencia de la Nueva Física. Sin embargo, no hay duda de que debería existir, porque el Modelo Estándar no es capaz de explicar fenómenos como el problema de la jerarquía de masas de fermiones (se introduce un hipotético bosón de Goldstone para solucionarlo), la existencia de masa en neutrinos, la asimetría de materia y antimateria, el origen de la energía oscura, entre otros. La sola presencia de materia oscura en el Universo presupone toda una clase de partículas hipotéticas con propiedades exóticas que la componen. Paradójicamente, todo lo que los científicos han podido hacer hasta ahora es confirmar experimentalmente el Agotado Modelo Estándar.

Algunos científicos sugieren que si es posible probar la Nueva Física, esto debería hacerse en un futuro muy cercano, dentro de los próximos años. De lo contrario, será posible temer seriamente que la humanidad ya no pueda realizar descubrimientos importantes. Es alentador que últimamente se hayan encontrado más y más anomalías en los aceleradores, lo que sugiere que los científicos están al borde de algo completamente nuevo.

Alexander Enikeev

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