بناءً على مشاركتهم الواسعة في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN)، حقق فريق من جامعة روتشستر مؤخرًا قياسات “دقيقة بشكل لا يصدق” لزاوية الخلط الكهروضعيفة، وهي مكون رئيسي في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. الائتمان: صموئيل جوزيف هيرتزوك. جوليان ماريوس أورتن

يعمل باحثون من جامعة روتشستر بالتعاون مع CMS سيرنحققت القوى الكهربائية الضعيفة تقدمًا كبيرًا في خلط قياسات الزوايا، مما أدى إلى تحسين فهمنا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

يساعد عملهم في تفسير القوى الأساسية للكون، بدعم من التجارب التي أجريت في مصادم الهادرونات الكبير. .الانفجار العظيم.

كشف أسرار عالمية

في سعيهم لفك رموز أسرار الكون، شارك الباحثون في جامعة روتشستر لعقود من الزمن في التعاون الدولي في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، المعروفة باسم CERN.

في CERN، وخاصة ضمن تعاون CMS (Compact Muon Solenoid)، جورج إي. بناءً على مشاركتهم الواسعة، وصل فريق روتشستر، بقيادة أستاذ بيك للفيزياء آري بوديك، مؤخرًا إلى إنجاز جديد. يتمحور إنجازهم حول قياس زاوية الخلط الكهروضعيفة، وهي عنصر أساسي في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. يصف هذا النموذج كيفية تفاعل الجسيمات ويتنبأ بدقة بالعديد من الظواهر في الفيزياء وعلم الفلك.

يقول بوديك: “القياسات الحديثة لزاوية الخلط الكهروضعيف دقيقة بشكل لا يصدق، وتم حسابها من اصطدامات البروتونات في CERN، وتعزز فهم فيزياء الجسيمات”.

ال تعاون نظام إدارة المحتوى فهو يجمع أعضاء مجتمع فيزياء الجسيمات من جميع أنحاء العالم لفهم القوانين الأساسية للكون بشكل أفضل. بالإضافة إلى بوديك، يضم فريق روتشستر للتعاون مع CMS الباحثين الرئيسيين ريجينا ديمينا، أستاذ الفيزياء، وأران جارسيا بيليدو، الأستاذ المشارك في الفيزياء، بالإضافة إلى زملاء أبحاث ما بعد الدكتوراه وطلاب الدراسات العليا والجامعية.

يتمتع باحثو جامعة روتشستر بتاريخ طويل كجزء من تعاون Compact Muon Solenoid (CMS) في CERN، بما في ذلك لعب دور رئيسي في اكتشاف بوزون هيغز عام 2012. الائتمان: صموئيل جوزيف هيرتزوك. جوليان ماريوس أورتن

إرث من الاكتشاف والابتكار في CERN

يقع CERN في جنيف بسويسرا، وهو أكبر مختبر فيزياء الجسيمات في العالم معروف بالاكتشافات الرائدة والتجارب المتطورة.

يتمتع باحثو روتشستر بتاريخ طويل من العمل كجزء من تعاون CMS في CERN. 2012 اكتشاف بوزون هيغز– جسيم أساسي يساعد في تفسير أصل الكتلة في الكون.

يتضمن عمل التعاون جمع وتحليل البيانات التي تم جمعها من كاشف الملف اللولبي المضغوط للميون في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) التابع لـ CERN، وهو أكبر وأقوى مسرع للجسيمات في العالم. يتكون المصادم LHC من مغناطيس فائق التوصيل يبلغ طوله 17 ميلًا وهياكل مسرعات مبنية تحت الأرض على الحدود بين سويسرا وفرنسا.

تتمثل المهمة الأساسية لمصادم الهادرونات الكبير في دراسة اللبنات الأساسية للمادة والقوى التي تحكمها. ويتم تحقيق ذلك عن طريق تسريع حزم البروتونات أو الأيونات إلى ما يقرب من سرعة الضوء وتصادمها مع بعضها البعض عند طاقات عالية جدًا. تعيد هذه الاصطدامات خلق الظروف التي كانت موجودة بعد أجزاء من الثانية من الانفجار الكبير، مما يسمح للعلماء بدراسة سلوك الجسيمات في ظل الظروف القاسية.

إطلاق العنان للقوات المشتركة

في القرن التاسع عشر، اكتشف العلماء أن القوى المختلفة للكهرباء والمغناطيسية مرتبطة ببعضها: المجال الكهربائي المتغير يخلق مجالًا مغناطيسيًا والعكس صحيح. وشكل هذا الاكتشاف أساس الكهرومغناطيسية التي تصف الضوء كموجة وتفسر العديد من الظواهر في مجال البصريات، كما تصف كيفية تفاعل المجالات الكهربائية والمغناطيسية.

وبناءً على هذا الفهم، اكتشف الفيزيائيون في الستينيات أن الكهرومغناطيسية مرتبطة بقوة أخرى، وهي القوة الضعيفة. تعمل القوة الضعيفة داخل نوى الذرات وهي مسؤولة عن عمليات مثل التحلل الإشعاعي وتزويد إنتاج الطاقة الشمسية بالطاقة. أدى هذا الاكتشاف إلى تطوير النظرية الكهروضعيفة، التي تنص على أن الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة هي مظاهر منخفضة الطاقة لقوة موحدة تعرف باسم التفاعل الكهروضعيف الموحد. وقد أكدت الاكتشافات الكبرى مثل بوزون هيغز هذه الفكرة.

التقدم في الاتصالات الكهربائية الضعيفة

من خلال تحليل مليارات من تصادمات البروتونات في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN)، أجرى تعاون CMS مؤخرًا واحدة من أكثر القياسات دقة فيما يتعلق بهذه النظرية. كان تركيزهم على قياس زاوية الخلط الضعيفة، وهي معامل يصف كيفية إنشاء الجسيمات بواسطة الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة.

أثارت القياسات السابقة لزاوية الخلط الكهروضعيف جدلاً داخل المجتمع العلمي. ومع ذلك، فإن النتائج الأخيرة تتطابق بشكل وثيق مع توقعات النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. قام ريس تاوس، طالب الدراسات العليا في روتشستر، ومساعد أبحاث ما بعد الدكتوراه أليكو خوخونيشفيلي بتطبيق تقنيات جديدة لتقليل الشكوك المنهجية الكامنة في هذا القياس وتحسين دقته.

إن فهم زاوية الخلط الضعيفة، وكيف تعمل القوى المختلفة في الكون معًا على نطاقات صغيرة، يعمق فهم الطبيعة الأساسية للمادة والطاقة.

يقول بوديك: “لقد طور فريق روتشستر تقنيات مبتكرة لقياس هذه المعلمات الكهربائية الضعيفة منذ عام 2010 ومن ثم تنفيذها في مصادم الهادرونات الكبير”. “لقد بشرت هذه التقنيات الجديدة بعصر جديد من اختبارات الدقة لتنبؤات النموذج القياسي.”

إن تعاون CMS هو تعاون علمي دولي مسؤول عن تجربة Compact Muon Solenoid (CMS) في مصادم الهادرونات الكبير التابع لـ CERN. يتألف تعاون CMS من أكثر من 200 مؤسسة وأكثر من 4000 عالم من 50 دولة، ويجري أبحاثًا في فيزياء الطاقة العالية، ويستكشف الجسيمات والقوى الأساسية، بما في ذلك الاكتشاف الشهير لبوزون هيغز في عام 2012.