Защо Измерването На Мъничка, Въртяща Се Частица Е Толкова Голяма Сделка

{h1}

Експериментът g-2 започна и той има потенциала да разклати управляващия модел на физика на частиците.

Дон Линкълн е старши учен в американския департамент по енергетика Fermilab, водещата в страната изследователска институция по физика на частици. Той също така пише за науката за обществеността, включително и скорошната си „Големият адронов колайдер: Изключителната история за Хигс Босън и други неща, които ще взривят ума ви"(Johns Hopkins University Press, 2014). Можете да го последвате нататък Facebook, Линкълн допринесе тази статия за WordsSideKick.com's Гласове на експерти: Op-Ed & Insights.

Научните открития идват под много форми, като изненадата на радиоактивността или дългото търсене на прогнозирания бозон на Хигс. Но някои открития са смесени, с намек в данните, сочещи бъдещи измервания, които могат да отнемат години. Научно проучване от третия вид започва в момента и изплащането за физика може да бъде огромно.

Във вторник (6 февруари) колаборация от 190 учени, опериращи в Националната ускорителна лаборатория Ферми в Илинойс, започна да използва масив от магнити, подредени в пръстен с диаметър 15 фута (15 метра), за да направят едно от най-прецизните измервания, правени някога. В това изследване, наречено експеримент g-2 (произнася се "g минус 2"), или просто g-2 за кратко, учените ще измерят това, което се нарича аномален магнитен момент на рядката субатомна частица, наречена муон, която е тежка братовчед на електрона и се върти като върха. Мюонът обаче съществува само за 2,2 милионни секунди, когато е в покой. [Отвъд Хигс: 5 неуловими частици, които могат да дебнат във Вселената]

Магнитният момент, по същество измерване на силата на магнита, създаден от всяка мюон, е измерен и изчислен с точност една част на 1012, Това е като измерване на разстоянието между Земята и Слънцето с точност от милиметър. В момента прогнозата и измерването не са съгласни и това несъответствие може да е първите намеци на физиката извън Стандартния модел, който е нашата настояща теория, описваща субатомния свят.

Това би било голяма работа, защото физици като мен биха възхитени, за да пробият дупка в управляващата теория. Ако бъде открита такава дупка, това ще доведе до нов и подобрен научен модел, който върши по-добра работа от съществуващия. Като се има предвид, че съществуващата теория е доста успешна, това ще бъде истински напредък в знанията.

Когато се поставят в магнитно поле, тези малки мюони ще прецени или ще се разменят по определен начин. В магнитно поле можем да открием нещо, наречено прецесионна честота на колебание. Тази мярка включва заряда на частицата и g фактор, който се използва за разграничаване на конкретни случаи: В класическата теория g = 1 и в обикновената (например нерелативистична) квантова теория g = 2.

Точно след Втората световна война измерванията на g за електрони показват малко несъответствие с теоретичната стойност „2“, като експерименталният резултат е 2.00232. Това несъответствие възниква от ефекти, описани от теорията на квантовата електродинамика или QED. За да се съсредоточат върху разминаването (0,00232), изследователите изваждат от "2", откъдето възниква името на експеримента (g-2).

В квантовата електродинамика, освен всичко друго, изследваме съществуването на виртуални частици или това, което понякога се нарича квантова пяна. Виртуалните частици са вана от материя и антиматериални частици, които трептят в съществуване за малка частица от секундата и след това изчезват, сякаш никога не са съществували. Те се срещат навсякъде в Космоса, но са особено важни, когато се появят близо до субатомните частици.

От 1997 г. до 2001 г. изследователи от Националната лаборатория в Брукхейвън в Ъптън, Ню Йорк, измерват g-коефициента на мюона с точност от 12 значими цифри и сравняват този резултат с теоретични изчисления, които постигат подобна точност. Двата резултата не бяха съгласни. За да разберете важността на разногласието, трябва да разберете несигурността и на двете. (Например, ако попитате кой от двама души е най-високият, ако вашата несигурност при измерване за всеки човек е 2 фута или 0,6 м, е малко вероятно да направите някакво заключение.)

Разликата между измерване и прогнозиране, разделена на комбинираната несигурност (това, което учените наричат ​​сигма), е 3,5. Във физиката на частиците сигма от 3.0 се счита за доказателство, но истинското откритие изисква значимост 5,0.

Обикновено човек би очаквал експериментаторите в Брукхейвен да подобрят апаратурата си и да събират повече данни, но има технически препятствия, които лабораторията не може да преодолее. И така, изследователите решили да преместят пръстена на g-2 във Fermilab, който има ускорител, който може да достави повече мюони. Тогава оборудването е превозено 3200 мили (повече от 5100 километра) с шлепа надолу по Източното море и нагоре по река Мисисипи. Той пристигна във Фермилаб през юли 2013 г. [18-те най-големи неразтворени мистерии във физиката]

През изминалите години пръстенът е напълно обновен, с много подобрени детектори и електроника. Новият апарат има превъзходни възможности. (Забавен факт: Има легенда, повтаряна сред някои от съседите на Брукхейвен, че лабораторията е приютила катастрофираща летяща чиния. Тогава, в тъмната нощ на нощ, камион с тежък полицейски ескорт напусна лабораторията, носейки брезент, 50 -Поглед върху диска. Кажете ми, че това не потвърди подозренията на тези хора.)

Сътрудничеството на Fermilab g-2 започна операции. Те първо ще възложат устройството и след това ще запишат сериозно данните. Даването на данни ще продължи до началото на юли.

И така, какъв може да бъде резултатът? Ако всичко работи според очакванията и ако стойността за g, измерена при Фермилаб, е същата като тази в Брукхавен, данните, записани тази пролет във Фермилаб, биха могли да имат 5-сигматично значение, ако се комбинират с данните, записани в Брукхейвен. Това би означавало откритие.

От друга страна, резултатът, измерен при Фермилаб, може да се различава от измерването в Брукхейвен. Новото измерване може да се съгласи с изчислението, в този случай несъответствието ще изчезне.

Но какво става, ако g-2 направи откритие? Какъв би бил вероятният резултат? Както споменах по-рано, аномалният магнитен момент на мюона е много чувствителен към съществуването на близки виртуални частици. Тези виртуални частици леко променят магнитния момент на мюона. Освен това свръхточното съгласие между измерване и изчисляване не би било възможно, ако не съществуват виртуални частици.

Въпреки това и може би очевидно за изчислението са използвани само известни субатомни виртуални частици. Едно от възможните обяснения за наблюдаваното разминаване е, че в квантовата пяна съществуват допълнителни, непознати за момента субатомни частици.

Заслужава да се отбележи, че в продължение на десетилетия откритията на субатомните частици бяха провинцията на високоенергични ускорители на частици. Известното уравнение на Айнщайн E = mc2 описва как енергията и масата са еднакви. Така че, за да откриете тежки частици, просто ви трябваше много енергия, за да ги направите. В момента Големият адронов колайдер в CERN е най-мощният ускорител в света.

Обаче методът на груба сила за получаване на частици не е единственият начин за изследване на високоенергийната сфера. Принципът на несигурността на Хайзенберг гласи, че енергийно "невъзможното" може да се случи - ако се случи за кратко време. Така че е възможно виртуални частици, които обикновено не съществуват, биха могли да мигат до съществуването си достатъчно дълго, за да повлияят на магнитния момент на мюона. Ако е така, тогава много точно измерване би разкрило тяхното съществуване. Това е може би ситуация, при която скалпел работи по-добре от кувалда и може би експериментът на базата на Fermilab g-2 може да победи CERN LHC до удара.

Но първо, забележка: Историята на науката е пълна с примери за 3-сигматични разминавания, които изчезнаха, когато се сблъскаха с допълнителни данни. Така че никой не трябва да залага на резултата от това измерване. Разминаването може просто да е статистическа грешка. Няма съмнение обаче, че измерването на Брукхейвен g-2 може да бъде първата индикация за откриване на промяна на парадигмата. Данните, записани тази пролет, ще бъдат анализирани през есента и могат да бъдат отчетени след по-малко от година. Въпреки че е обосновано предпазливостта, първото изпълнение на експеримента g-2 трябва да се наблюдава с голямо очакване.

Оригинална статия за WordsSideKick.com.


Видео Добавка: .




Изследване


Каската С Усъвършенствана Реалност Може Да Даде На Очите На Велосипедистите Допълнителни Очи
Каската С Усъвършенствана Реалност Може Да Даде На Очите На Велосипедистите Допълнителни Очи

Защо Чертежите Са Сини?
Защо Чертежите Са Сини?

Наука Новини


Далечните Подводни Изригвания Помагат За Възстановяването На Големия Бариерен Риф
Далечните Подводни Изригвания Помагат За Възстановяването На Големия Бариерен Риф

Защо Учените Току-Що Създадоха Най-Страхотното Бебе На Роботите, Което Ще Видите
Защо Учените Току-Що Създадоха Най-Страхотното Бебе На Роботите, Което Ще Видите

Първият В Света Филм „Атомно“ Се Съхранява В Пара
Първият В Света Филм „Атомно“ Се Съхранява В Пара

В Снимки: Най-Старите Фосили На Homo Sapiens, Открити Някога
В Снимки: Най-Старите Фосили На Homo Sapiens, Открити Някога

Какво Се Крие Под Трансилванския Замък, Който Затвори „Дракула“?
Какво Се Крие Под Трансилванския Замък, Който Затвори „Дракула“?


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com