Neustart des Large Hadron Collider und Suche nach einer fünften Naturgewalt | Large Hadron Collider

Das Large Hadron Collider Der (LHC) wird am Freitag nach einer dreijährigen Pause wieder aufgenommen und soll eine wissenschaftliche Frage lösen, ob eine mysteriöse Anomalie auf die Existenz einer fünften fundamentalen Naturkraft hinweisen könnte.

rätselhafte Ergebnisse Ich erwähnte letztes Jahr Er entfachte erneut Hoffnungen, dass der 20 Meilen lange Collider mehr als ein Jahrzehnt später eine zweite große Entdeckung machen könnte. Higgs-Boson.

„Wir gehen optimistischer in dieses Rennen, was die Möglichkeit einer bevorstehenden Revolution betrifft“, sagte Dr. Mitch Patel, ein Teilchenphysiker am Imperial College London, dessen Team letztes Jahr für die Forschung verantwortlich war.

Bisher stimmt alles, was im LHC entdeckt wurde – einschließlich des Higgs – mit dem sogenannten überein Standardform. Dies ist seit den 1970er Jahren die Leittheorie der Teilchenphysik, ist jedoch als unvollständig bekannt, da sie einige der tiefsten Geheimnisse der Physik, wie die Natur der Dunklen Materie, nicht erklärt.

Aber, Im LHCb-Experiment gesammelte Dateneiner von vier Detektoren für massive Teilchen am Cern in der Schweiz, der scheinbar ein Verhalten von Teilchen zeigt, das mit dem Standardmodell nicht erklärt werden kann.

Das Experiment untersuchte den Zerfall von Teilchen, die Beauty-Quarks genannt werden, von denen erwartet wird, dass sie mit gleicher Geschwindigkeit in Elektronen und ihre schwereren Cousins, Myonen, zerfallen. Beauty-Quarks scheinen jedoch 15 % weniger Myonen zu sein, was darauf hindeutet, dass ein unbekannter Faktor – möglicherweise eine neue Kraft – den Ausschlag gegeben hat. Zwei der Spitzenkandidaten sind hypothetische kraftübertragende Teilchen, die Leptoquarks oder Z-Primzahlen genannt werden.

„Der Einsatz ist sehr hoch“, sagte Patel. „Wenn wir das bestätigen, wird es eine Revolution, wie wir sie noch nie gesehen haben – sicherlich in meinem Leben. Sie wollen es nicht vermasseln.“

Vor der Schließung des LHC für den Aufstieg im Jahr 2018 sammelte das Team genügend Daten, um darauf hinzuweisen, dass die Chancen auf ein zufälliges Ergebnis bei etwa tausend lagen. Aber der Goldstandard für die Teilchenphysik ist mit einem Vertrauensniveau von 3,5 Metern viel strenger, was bedeutet, dass mehr Daten benötigt werden, bevor die Entdeckung bekannt gegeben wird. Es besteht auch seit langem die Möglichkeit, dass ein unbekannter experimenteller Fehler die Ergebnisse erklären könnte.

„Wenn Sie dieses Ergebnis Teilchenphysikern zeigen, ist ihr erster Instinkt eher ‚Ihr habt es vermasselt‘ als eine neue Naturgewalt“, sagte Patel. „Wir Physiker stehen gerne über der Gewissheit und steigen auf der anderen Seite aus.“

Im vergangenen Jahr ist die Erwartung durch faszinierendere Hinweise auf die Physik jenseits des Standardmodells gestiegen, die in anderen Experimenten, einschließlich der jüngsten, zu sehen sind. Ungeklärte Ergebnisse von Fermilab in den Vereinigten Staaten.

„Es scheint jetzt eine Reihe loser Filamente zu geben“, sagte Professor John Butterworth vom University College London, der am Atlas-Experiment des Large Hadron Collider arbeitet. „Ich begann zu denken, dass bei diesem Rennen oder der nächsten Runde etwas in Reichweite sein könnte.“

Wenn der LHC es versäumt, eine neue Wissenschaft jenseits des Standardmodells zu entdecken, so Butterworth, würde das keinen Misserfolg darstellen, sondern das Feld „ein bisschen in Verlegenheit bringen“, wo wir als nächstes suchen sollten.

Die dritte Runde wird voraussichtlich bis 2026 laufen, nach einem Upgrade, das die Installation zusätzlicher leistungsstarker Magnete beinhaltete, die die Protonen im Inneren des Colliders zu feineren, dichteren Strahlen komprimieren sollen. Dadurch wird die Rate der Teilchenkollisionen innerhalb des Beschleunigers erhöht, was bedeutet, dass Wissenschaftler seltene Ereignisse mit größerer Genauigkeit überwachen können.

„Das Potenzial für die Entdeckung neuer Ideen ist immer noch sehr groß“, sagte Ashutosh Kotwal, experimenteller Teilchenphysiker an der Duke University in den USA und Co-Vorsitzender einer Forschungsgruppe zum Atlas-Experiment des Large Hadron Collider dass die Daten, die wir bisher gesammelt haben, nur ein Zehntel der Gesamtmenge ausmachen. Was wir planen. Es ist zu früh, um den Mut zu verlieren.“