CERNデータが新しい粒子を示さなかった後にHypeマシンが収縮する

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8月3日から10日までのシカゴのこの夏は、世界中の理論家と実験物理学者が国際高エネルギー物理学会議(ICHEP)に参加します。この会議のハイライトの1つはCERNラボラトリーズから来ています。そこでは素粒子物理学者がラージハドロンコライダー(LHC)がこれまでに今年作成した豊富な新しいデータを紹介しています。

しかし、100を超える最新の結果に目を向けることができるという興奮の中で、いくつかの悪いニュースも共有する必要がありました。 LHCによって提供されたすべての新しいデータのおかげで、新しい素粒子が発見された可能性(おそらく8か月前に出現し始めた可能性)は、今ではなくなっています。この新しい粒子の存在は画期的だったので、残念です。

この粒子の兆候は、2015年12月にCERNの2つの粒子検出器(ATLASとCMS)を使用している物理学者のチームが、LHCによって実行された衝突により、予想よりも多くの光子のペアが生成され、エネルギーが組み合わされていることに気付いたときに初めて現れました750ギガエレクトロンボルトの。最も可能性の高い説明は統計的なまぐれでしたが、別の食欲をそそる可能性がありました-彼らが新しい粒子の証拠を見ているということでした。

この粒子が実際に本物である場合、ヒッグス粒子のより重いバージョンである可能性が高いです。他の素粒子に質量を与えるこの粒子は、2012年にCERNの研究者によって発見されました。しかし、ヒッグス粒子が発見されたことで、粒子物理学の標準モデル(過去50年間科学的な慣習となっている)が確認されたが、この粒子の存在の可能性はそれと一致していなかった。

別の、おそらくさらにエキサイティングな理論は、粒子が、重力の「フォースキャリア」として機能する理論上の粒子である長い間求められてきたグラビトロンであるというものでした。確かにそうだった この 粒子、それから科学者は一般相対性理論と量子力学がどのように連携するかを説明する方法を最終的に持っているでしょう-何十年もそれらを無視し、すべての理論(ToE)の開発を妨げてきたもの。

このため、科学界ではかなりの興奮があり、この主題について500を超える科学論文が作成されています。しかし、過去数か月間に提供された大量のデータのおかげで、CERNの研究者たちは、粒子が存在するという新しい証拠がないことをICEP 2016で金曜日に発表することを余儀なくされました。

結果は、昨年12月に異常なデータに最初に気付いたチームの代表によって提示されました。 CERNのATLAS検出器を代表したのは、最初に光子ペアを指摘したのがBruno Lenziでした。一方、読み取りを確認したコンパクトミュオンソレノイド(CMS)を使用する競合チームを表すキアラロヴェッリ。

彼らが示したように、昨年12月にフォトンペアの隆起を示した測定値はフラットラインに入り、それがまぐれであるかどうかについての疑いを取り除きました。ただし、Tiziano Camporesとして-C.M.S.のスポークスマン–によって引用されました ニューヨーク・タイムズ 発表の前夜に言ったように、チームはこれが起こりそうなことではないことを常に明確にしていた:

「何も見えません。実際、その時点では、わずかな赤字でさえあります。多くの誇大宣伝がなされているので、それはがっかりです。 [しかし]私たちは常にとてもクールでした。」

これらの結果は、C.M.S。がCERNに提出した論文にも記載されています。同じ日にチーム。また、CERNラボラトリーズは、ICEP 2016で発表されている最新のデータホールに対処した最近のプレスリリースでこれらの声明を繰り返しました。

「特に、2015年のデータからかなりの関心を引き起こした、750 GeVでの光子ペアへの崩壊の可能性のある興味深いヒントは、はるかに大きな2016年のデータセットでは再現されておらず、統計的な変動のようです。」

新しい粒子の発見は、ヒッグス粒子の発見から生じる多くの疑問に光を当てることができたので、これはすべてがっかりするニュースでした。 2012年に初めて観測され、その後確認されて以来、科学者たちは、他の粒子に質量を与えるまさにそのものが非常に「軽量」である可能性があることを理解するのに苦労してきました。

質量が1,250億電子ボルトの最も重い素粒子であるにもかかわらず、量子理論では、ヒッグス粒子は何兆倍も重いはずであると予測されていました。これを説明するために、理論物理学者は実際にヒッグス粒子の質量を保つ力が他にもあるか、つまりいくつかの新しい粒子があるかどうか疑問に思っていました。新しいエキゾチックな粒子はまだ発見されていませんが、これまでの結果はまだ有望です。

たとえば、LHCの実験では、過去8か月のデータがすでに昨年の5倍になっていることがわかりました。彼らはまた、昨年達成された新しいレベルである13兆電子ボルト(13 TeV)のエネルギーで亜原子粒子がどのように動作するかを垣間見ることもできました。このエネルギーレベルは、LHCの2年間の休止期間中に行われたアップグレードによって可能になりました。それ以前は、半分の電力でしか機能していませんでした。

自慢に値するもう1つのことは、LHCがこの6月の過去のすべてのパフォーマンス記録を上回り、毎秒10億回の衝突のピーク光度に達したという事実でした。このエネルギーレベルで実験を行うことができ、この多くの衝突を伴うことで、LHC研究者は標準モデルプロセスのより正確な測定を行うことができる十分に大きなデータセットを提供しています。

特に、彼らは高質量での異常な粒子相互作用を探すことができます。これは、標準モデルを超えた物理学の間接的なテストを構成します。具体的には、超対称性などの理論によって予測される新しい粒子です。彼らはまだ新しいエキゾチックな粒子を発見していませんが、主にLHCがこれまで以上に多くの結果を生み出していることを示しているため、これまでの結果は依然として有望です。

そして、ヒッグス粒子の発見から生じる疑問を説明できる何かを発見することは大きな進歩であったでしょうが、多くの人は、それが単に私たちの希望を得るには早すぎると同意しました。 CERNの事務局長であるファビオラジャノッティが言ったように、

「私たちはまだ旅の始まりです。 LHCアクセラレータ、実験、およびコンピューティングの優れた性能は、いくつかのTeVエネルギースケールの詳細かつ包括的な調査、および基礎物理学の理解における重要な進歩にとって非常に良い兆候です。」

当分の間、私たちは皆、辛抱強く、より科学的な結果が出るまで待たなければならないようです。そして、少なくとも今のところ、標準モデルがまだ正しいモデルであるように見えるという事実において、私たちは皆慰めを得ることができます。明らかに、宇宙がどのように機能し、そのすべての基本的な力がどのように組み合わさるかを理解することに関しては、近道はありません。

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