قد لا يكون بوزون W أثقل من المتوقع بعد كل شيء

اشتعلت المعركة حول ثقل جسيم يصعب اكتشافه. ما الذي على المحك؟ فقط النظرية الرائدة التي تصف كل مادة معروفة في الكون.

أدت إعادة حساب كتلة الجسيم الأولي ، البوزون W ، إلى زيادة التوتر بين القياسات من تجارب مصادم الجسيمات المتنافسة. يمكن أن تدعم النتيجة النهائية النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، الذي يصف القوى الأساسية والبتات الكمية التي تشكل كل ما نراه في الكون. أو يمكن أن يكشف عن علامات انهيار النموذج القياسي ، اعتمادًا على إجابة المختبر السائدة.

ينتج عن إعادة تحليل البيانات القديمة من تجربة ATLAS لمصادم الهادرونات الكبير كتلة بوزون W تبلغ حوالي 80360 مليون إلكترون فولت، أو MeV. أبلغ الباحثون الذين أجروا التجربة ، في CERN في جنيف ، عن القياس في 23 مارس في مؤتمر Rencontres de Moriond في La Thuile ، إيطاليا. تتوافق القيمة المعدلة بشكل وثيق مع التوقعات من النموذج القياسي.

كما أنها تفتخر بانخفاض عدم اليقين من التحليل السابق للباحثين للبيانات ، والذي أبلغوا عنه في عام 2018 ، مما زاد من ثقتهم في أنهم حصلوا على الكتلة الصحيحة.

لكن الكتلة المحدثة تتعارض مع كتلة مجموعة أخرى. في عام 2022 ، قام علماء من كاشف المصادم في Fermilab ، أو CDF ، بتجربة صدمت مجتمع الفيزياء بقياس 80434 إلكترون فولت – حوالي 100 ميجا إلكترون فولت أثقل مما كان متوقعًا (SN: 4/7/22). إذا كان تقرير CDF صحيحًا ، فهذا يعني أن شيئًا ما خارج عن النموذج القياسي الذي ثابر في مواجهة كل تحد تجريبي تم طرحه عليه على مدار الخمسين عامًا الماضية.

ال دبليو بوزون هو المسؤول عن القوة الضعيفة ، وهي واحدة من ثلاث قوى أساسية في النموذج القياسي (SN: 2/5/83). يقول الفيزيائي النظري سفين هاينماير Sven Heinemeyer من معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا: “إنها الكتلة الوحيدة للجسيم في النموذج القياسي التي يمكن حسابها”. وهذا يعني أن نظرية النموذج القياسي تنتج كتلة محددة للبوزون W ، في حين أن كتل الجسيمات الأخرى مثل الإلكترونات والكواركات هي مدخلات ويمكن – فيما يتعلق بالنظرية – أي قيمة. إن العثور على كتلة بوزون W تختلف عن تنبؤات النموذج القياسي سيُظهر أن النظرية الحالية خاطئة.

يقدم تحليل ATLAS نقطة مقابلة أقوى لمطالبة CDF من تحليل ATLAS السابق لنفس البيانات. يقول أندرياس هوكر ، الفيزيائي في CERN: “التحليل الجديد هو تأكيد مهم لنتيجتنا السابقة”.

تعمل أحدث قيمة لـ ATLAS على توسيع الهوة التي تفصل قياس كتلة CDF عن قطيع الدراسات الأخرى. لكن لا ينبغي أن يُنظر إليه على أنه محو تحدي النموذج القياسي لـ CDF ، كما يقول عالم الفيزياء بجامعة ديوك أشوتوش كوتوال ، عضو في تعاون CDF.

يقول Kotwal: “إن منظور CDF (الإعلان عن بوزون W ثقيل في عام 2022) لا يتغير بسبب إعادة تحليل ATLAS”. نظرًا لأن إعادة التحليل تستند إلى البيانات التي أصدرها ATLAS بالفعل في عام 2017 ، كما يقول ، “من المتوقع أن يحصل ATLAS على قيمة مماثلة كما كان من قبل.”

يرى Heinemeyer ، الذي لا ينتمي إلى ATLAS أو CDF ، حدوث تحول في المشهد الشامل لبوزون W ، ولكن لا توجد علامة على حل هذا التناقض.

يقول هاينماير: “لا يكفي الحصول على قياس جديد”. “إذا خرجت المزيد والمزيد من القياسات الآن من ATLAS و (تجارب أخرى) ، وكانوا جميعًا في نفس الملعب ، في مرحلة ما سيقرر المجتمع CDF فعل شيئًا خاطئًا.”

من المحتمل أن تأتي الكلمة التالية حول كتلة البوزون W مع الدراسات المعلقة من ATLAS والتجارب الأخرى في CERN. تم إغلاق تجربة CDF في عام 2011 ، لذلك لن تساهم بشكل أكبر في النقاش.

في غضون ذلك ، يأمل الباحثون في فحص تحليلات بعضهم البعض بحثًا عن أدلة قد تساعد في تفسير التناقضات في قياسات كتلة دبليو بوزون. يقول Kotwal: “توفر ورقة CDF في أبريل 2022 عددًا من عمليات التحقق من منهجية CDF وهي شفافة”. “إنني أتطلع إلى مناقشات مفصلة لمنهجية أطلس.”

في النهاية ، قد يكشف الصراع عن صدع جديد في النموذج القياسي. أو يمكن أن يكون مثالًا آخر لواحدة من أنجح النظريات في التاريخ التي تقف بقوة.