Заглядывая в сердце материи: электрослабый угол смешивания измерен с беспрецедентной точностью

Исследователи из Университета Рочестера, работая в рамках сотрудничества CMS на базе CERN, достигли значительных успехов в измерении электрослабого угла смешивания, что позволяет лучше понять Стандартную модель физики частиц.

Эта работа объясняет фундаментальные силы Вселенной, опираясь на эксперименты, проводимые в Большом адронном коллайдере (LHC), которые исследуют условия, аналогичные тем, что существовали сразу после Большого взрыва.

Вклад в мировую науку

Исследователи из Университета Рочестера на протяжении десятилетий участвуют в международных проектах CERN. Недавно команда, возглавляемая профессором физики Ари Бодеком, добилась значительных успехов в измерении электрослабого угла смешивания (угол Вайбернга). Этот параметр является важной составляющей Стандартной модели , описывающей взаимодействие частиц и прогнозирующей множество явлений в физике и астрономии.

Команда CMS, объединяющая физиков со всего мира, стремится понять основные законы Вселенной. В проекте участвуют ведущие специалисты из Университета Рочестера, включая профессора физики Регину Демину и доцента Арана Гарсиа-Бельидо, а также постдокторские исследователи и студенты.

История сотрудничества и открытия

CERN, крупнейшая в мире лаборатория физики частиц, известна своими новаторскими открытиями и передовыми экспериментами. Ученые из Рочестера давно работают в составе команды CMS, включая их участие в открытии бозона Хиггса в 2012 году — частицы, объясняющей происхождение массы во Вселенной.

Работа ученых включает сбор и анализ данных, полученных с детектора Compact Muon Solenoid на БАК — самого мощного ускорителя частиц в мире. Основная цель БАК — исследование фундаментальных строительных блоков материи и сил, управляющих ими. Коллайдер ускоряет протоны или ионы почти до скорости света и сталкивает их с чрезвычайно высокими энергиями, воссоздавая условия, существовавшие в доли секунды после Большого взрыва.

Прогресс в понимании электрослабого взаимодействия

В 19 веке ученые установили, что электричество и магнетизм связаны: изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле и наоборот. Это открытие стало основой электромагнетизма, описывающего свет как волну и объясняющего многие явления в оптике, а также взаимодействие электрических и магнитных полей.

В 1960-х годах физики выяснили, что электромагнетизм связан с другой силой — слабым взаимодействием, ответственным за радиоактивный распад и энергетическое производство в Солнце. Это привело к разработке теории электрослабого взаимодействия, которая утверждает, что электромагнетизм и слабое взаимодействие являются низкоэнергетическими проявлениями единой силы.

Команда CMS недавно выполнила одно из самых точных измерений этой теории, анализируя миллиарды столкновений протонов в БАК. Их внимание было сосредоточено на измерении слабого угла смешивания, параметра, описывающего, как электромагнетизм и слабая сила объединяются для создания частиц. Эти новые техники минимизировали систематические неопределенности, повысив точность измерений.

Предыдущие измерения угла электрослабого смешивания вызвали споры в научном сообществе. Однако последние результаты тесно согласуются с предсказаниями Стандартной модели физики элементарных частиц. Аспирант Рочестера Рис Таус и научный сотрудник Алеко Хухунаишвили внедрили новые методы, позволяющие минимизировать систематические неопределенности, присущие этим измерениям, и повысить их точность.

Понимание слабого угла смешивания проливает свет на то, как разные силы во Вселенной взаимодействуют на самых малых масштабах, углубляя наше понимание фундаментальной природы материи и энергии.