Фізики на Великому адронному колайдері (БАК) представили нові результати вимірювання маси W-бозону — однієї з фундаментальних «цеглинок» нашого Всесвіту. Це останнє відкриття зміцнює стабільність поточних законів фізики, тісно погоджуючись із загальноприйнятою Стандартною моделлю, але водночас знову розпалює суперечки через суперечливі дані попередніх експериментів.
Роль W-бозону
W-бозон – це важка фундаментальна частка, а це означає, що її неможливо розкласти на дрібніші складові. Він приблизно в 80 разів важчий за протон і є основним переносником слабкої ядерної взаємодії.
Ця взаємодія відіграє ключову роль у механіці Всесвіту; воно керує такими процесами, як:
– Радіоактивний розпад: перетворення одних елементів на інші (наприклад, перетворення урану на свинець).
– Термоядерний синтез: процес, завдяки якому водень перетворюється на гелій, живлячи зірки, подібні до нашого Сонця.
Протистояння експериментів
Останні два роки фізична спільнота була розколота через два набори даних, що суперечать один одному, про масу W-бозону.
- Аномалія CDF (2022): Дослідники на колайдері Tevatron у лабораторії Fermilab повідомили про високоточний вимір, який показав, що W-бозон важчий, ніж передбачає Стандартна модель. Якби це підтвердилося, це означало б «тріщину» у нашому фундаментальному розумінні фізики та вказувало б існування невідомих частинок чи сил.
- Результат CMS (поточний): Експеримент CMS (Compact Muon Solenoid) на БАК представив вимірювання, які майже ідеально збігаються зі Стандартною моделлю. Маса W-бозону становила 80 360,2 ± 9,9 МеВ — показник, що підтверджує існуючу теоретичну базу.
«Хоча підтвердження результату CDF було б захоплюючим, насправді я хотів опублікувати результат, який витримає перевірку часом», — каже Кеннет Лонг, фізик із MIT та співавтор дослідження.
Чому ця розбіжність важлива?
Протиріччя між цими двома результатами створює науковий глухий кут. Оскільки обидва експерименти заявляють про високий рівень точності, вони не можуть бути абсолютно вірними.
Критики нового дослідження CMS, включаючи Ашутоша Котвала з Університету Дьюка, вказують на те, що вимір CMS – це лише перший крок. У той час, як команда CDF використовувала шість різних методів для визначення маси, поточна публікація CMS спирається лише на один. Це говорить про те, що «загадка» W-бозону не вирішена; питання лише тому, який експериментальний метод виявиться більш точним.
Пошук «Нової фізики»
Стандартна модель — найуспішніша теорія у фізиці елементарних частинок, проте вчені знають, що вона є неповною. Вона не здатна пояснити:
– Темну матерію: невидиму субстанцію, що становить більшу частину маси Всесвіту.
– Темну енергію: силу, що викликає прискорене розширення космосу.
Фізики активно шукають «тріщини» у Стандартній моделі — розбіжності між теорією та реальністю, які могли б стати дверима до цих нових рубежів. Хоча вимірювання CMS припускають, що недавня аномалія W-бозону може виявитися лише експериментальною помилкою, а не теоретичним проривом, полювання за способами розширити наше розуміння Всесвіту продовжується.
Висновок
Останній вимір на ВАК підтверджує надійність Стандартної моделі, потенційно спростовуючи серйозну зачіпку на шляху до «нової фізики». Однак конфлікт із попередніми даними Fermilab гарантує, що пошук вад у нашому нинішньому розумінні Всесвіту залишається пріоритетним завданням для фізиків.
