Il modello standard della fisica delle particelle può essere infranto, dice l’esperto

Come fisico che lavora al Gerny Large Hadron Collider (LHC), una delle domande più frequenti è: “Quando hai intenzione di trovare qualcosa?” “A parte il bosone di Higgs vincitore del Premio Nobel, un insieme completamente nuovo di particelle composite”. Mi rendo conto che il motivo delle domande frequenti è come rappresentiamo l’evoluzione della fisica delle particelle nel mondo più ampio.

Parliamo spesso di progressi nella ricerca di nuove particelle, և spesso lo è. Lo studio di una nuova particella molto pesante ci aiuta ad osservare i processi fisici sottostanti, spesso senza fastidiosi rumori di fondo. Rende più facile spiegare il valore della divulgazione al pubblico, ai politici.

Di recente, tuttavia, una serie di misurazioni accurate di già noti processi standard di particelle di palude և hanno minacciato di scuotere la fisica. E mentre l’LHC si prepara a lavorare con più energia e intensità che mai, è ora di iniziare a discuterne le conseguenze.

In effetti, la fisica delle particelle è sempre andata in due modi, uno dei quali è costituito dalle nuove particelle. L’altro è fare misurazioni molto accurate, che controllano le previsioni delle teorie, cercano deviazioni dalle aspettative.

Ad esempio, le prime prove della teoria della relatività generale di Einstein provenivano dalla scoperta di piccole deviazioni nelle posizioni apparenti delle stelle, dal movimento di Mercurio nella sua orbita.

Tre risultati principali

Le particelle sono soggette a una teoria anti-intuitiva ma di grande successo chiamata meccanica quantistica. Questa teoria mostra che durante una collisione in laboratorio, particelle estremamente massicce possono ancora influenzare ciò che fanno le altre particelle (attraverso qualcosa chiamato “fluttuazioni quantistiche”). Misurare tali effetti, tuttavia, è molto difficile, molto più difficile da spiegare al pubblico.

Ma gli ultimi risultati, che suggeriscono una nuova fisica inspiegabile al di là del modello standard, sono di quest’ultimo tipo. Studi dettagliati sugli esperimenti di LHCb hanno dimostrato che una particella nota come quark di bellezza (quark che compongono protoni e neutroni nel nucleo atomico) “si rompe” և diventa un elettrone molto più spesso di un muone, l’elettrone diventa più pesante, ma altrimenti identica, sorella o fratello. Secondo il modello standard, ciò non dovrebbe accadere, il che implica che nuove particelle o addirittura forze della natura possono influenzare il processo.

È interessante notare che le misurazioni di tali processi, che includono i “quark superiori” dall’esperienza ATLAS all’LHC, mostrano che questo decadimento avviene alla stessa velocità per gli elettroni և muoni.

Allo stesso tempo, l’esperimento Muon g-2 al Fermilab negli Stati Uniti ha recentemente condotto uno studio molto dettagliato su come i muoni “oscillano” quando il loro “spin” (proprietà quantistica) interagisce con i campi magnetici circostanti. Ha riscontrato una leggera ma significativa deviazione da alcune previsioni teoriche, supponendo ancora una volta che forze o particelle sconosciute potrebbero agire.

Esperienza con LHCb. Prestito: Cern

Il risultato finale sorprendente è la misurazione della massa di una particella fondamentale chiamata bosone W, che trasporta una debole forza nucleare che dirige il decadimento radioattivo. Dopo anni di raccolta e analisi di dati, l’esperienza che ha avuto al Fermilab mostra che è significativamente più pesante di quanto previsto dalla teoria. Ancora una volta, è possibile che le particelle non scoperte si aggiungano alla sua massa.

È interessante notare che anche questo non corrisponde ad alcune delle misurazioni di precisione inferiore dell’LHC (presentate in questo studio).

Verdetto:

Anche se non siamo affatto convinti che questi effetti richiedano una nuova spiegazione, sembra che stiano crescendo l’evidenza che sia necessaria una nuova fisica.

Naturalmente, per spiegare queste osservazioni verranno proposti quasi tanti nuovi meccanismi quanti sono i teorici. Molti faranno riferimento a diverse forme di “super-simmetria”. L’idea è che ci sono il doppio delle particelle di base in un modello standard di quanto pensavamo և ogni particella ha un “super partner”. Questi possono includere bosoni di Higgs aggiuntivi (relativi al campo che dà alle particelle di base la loro massa).

Altri arriveranno al punto di riferirsi a idee non molto recenti come il “colore tecnico”, il che implica che ci sono forze della natura aggiuntive (oltre a gravità, elettromagnetismo, forze nucleari deboli e forti), può significare che il bosone di Higgs è in realtà un oggetto composto composto da altre particelle. Solo gli esperimenti riveleranno la verità della questione, che è una buona notizia per gli sperimentatori.

I team sperimentali dietro le nuove scoperte sono tutti rispettati, hanno lavorato a lungo sui problemi. Detto questo, non sarebbe loro irrispettoso dire che queste misurazioni erano troppo difficili da effettuare. Inoltre, le previsioni del modello standard richiedono solitamente calcoli in cui è necessario effettuare approssimazioni. Ciò significa che teorici diversi possono prevedere masse leggermente diverse և tassi di decadimento a seconda delle ipotesi և livelli di approssimazione. Pertanto, è possibile che quando eseguiamo calcoli più accurati, alcune nuove scoperte si adatteranno al modello standard.

È anche possibile che i ricercatori utilizzino interpretazioni leggermente diverse, trovando così risultati incoerenti. Il confronto dei due risultati sperimentali richiede un’attenta verifica che sia stato utilizzato lo stesso livello di approssimazione in entrambi i casi.

Questi sono entrambi esempi di fonti di “incertezza sistemica” che se tutte le parti interessate fanno del loro meglio per quantificarle, potrebbero esserci complicazioni imprevedibili che le sottovalutano.

Niente di tutto ciò rende i risultati attuali meno interessanti o rilevanti. I risultati mostrano che ci sono molti modi per ottenere una comprensione più profonda della nuova fisica: tutti devono essere esplorati.

Se l’LHC viene riavviato, ci sono ancora prospettive per l’emergere di nuove particelle attraverso processi meno frequenti o sotto uno sfondo nascosto che dobbiamo ancora scoprire.


Considera l’interazione del bosone di Higgs con il quark magico


Fornito da La conversazione

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.Conversazione:

Citazione:Il modello standard della fisica delle particelle può essere infranto, afferma l’esperto (9 maggio 2022), ripreso il 10 maggio 2022: https://phys.org/news/2022-05-standard-particle-physics-broken-expert .html:

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