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大型强子对撞机揭示宇宙基本力的历史性成就

大型强子对撞机揭示宇宙基本力的历史性成就

罗彻斯特大学团队在欧洲核子研究中心的广泛参与的基础上,最近能够实现对电弱混合角的“极其精确”的测量,这是粒子物理标准模型的关键组成部分。 版权所有:塞缪尔·约瑟夫·赫尔佐格; 朱利安·马吕斯·乌尔丹

罗彻斯特大学的研究人员与 CMS 合作 欧洲核子研究中心我们在测量电弱混合角方面取得了重大进展,增进了我们对粒子物理标准模型的理解。

他们的工作有助于解释宇宙的基本力,并得到大型强子对撞机等实验的支持,这些实验深入研究了与之后发生的情况类似的条件。 大爆炸

揭开宇宙秘密

为了破解宇宙的秘密,罗切斯特大学的研究人员几十年来一直参与欧洲核研究组织(CERN)的国际合作。

罗切斯特团队由 Ari Budek、George E. Buck——最近的一项突破性成就。 他们的成就集中在测量电弱混合角,这是粒子物理标准模型的基本组成部分。 该模型描述了粒子如何相互作用并准确预测物理和天文学中的各种现象。

“最近对电弱力混合角的测量非常准确,因为它们是根据欧洲核子研究中心的质子碰撞计算出来的,它们增进了对粒子物理学的理解,”布迪克说。

内容管理系统中的协作 CMS 协作组织汇集了来自世界各地的粒子物理学界的成员,以更好地了解宇宙的基本定律。 除了 Bodek 之外,CMS 合作项目的罗彻斯特小组还包括主要研究员、物理学教授 Regina DeMina 和物理学副教授 Aran Garcia Bellido,以及博士后研究员以及研究生和本科生。

CERN CMS 经验

罗切斯特大学的研究人员作为紧凑型介子螺线管 (CMS) 合作项目的一部分,在 CERN 工作了很长时间,其中包括在 2012 年发现希格斯玻色子的过程中发挥了关键作用。版权所有:Samuel Joseph Herzog; 朱利安·马吕斯·乌尔丹

CERN 的发现和创新遗产

欧洲核子研究组织(CERN)位于瑞士日内瓦,是世界上最大的粒子物理实验室,以其开创性的发现和尖端的实验而闻名。

作为 CMS 合作的一部分,罗切斯特研究人员在 CERN 工作有着悠久的历史,包括在……中发挥关键作用。 2012年发现希格斯玻色子– 一种有助于解释宇宙质量起源的基本粒子。

此次合作的工作包括收集和分析从 CERN 大型强子对撞机(世界上最大、最强大的粒子加速器)内置的 μ 子螺线管探测器收集的数据。 LHC 由一个 17 英里长的超导磁体环和建在地下的加速器结构组成,沿着瑞士和法国边境延伸。

大型强子对撞机的主要目的是探索物质的基本组成部分以及控制它们的力量。 这是通过将质子或离子束加速到接近光速并以极高的能量相互碰撞来实现的。 这些碰撞重现了类似于大爆炸后几毫秒内存在的条件,使科学家能够研究极端条件下粒子的行为。

瓦解统一势力

在 19 世纪,科学家发现不同的电力和磁力是相互关联的:变化的电场会产生磁场,反之亦然。 这一发现奠定了电磁学的基础,电磁学将光描述为一种波,解释了光学中的许多现象,并描述了电场和磁场如何相互作用。

基于这一认识,20 世纪 60 年代的物理学家发现电磁力与另一种力——弱力有关。 弱力在原子核内运作,负责放射性衰变和促进太阳能量产生等过程。 这一发现导致了电弱理论的发展,该理论认为电磁力和弱力实际上是一种称为统一电弱相互作用的统一力的低能表现。 希格斯玻色子等重大发现证实了这一概念。

电弱相互作用的进展

CMS 团队最近通过分析欧洲核子研究中心大型强子对撞机的数十亿次质子碰撞,对这一理论进行了迄今为止最精确的测量之一。 他们的重点是测量弱混合角,该参数描述了电磁力和弱力如何混合在一起形成粒子。

先前对电弱混合角的测量在科学界引发了争议。 然而,最新结果与粒子物理标准模型的预测非常一致。 罗彻斯特研究生 Rice Taus 和博士后研究员 Aliko Khokhonishvili 采用新技术来减少测量中固有的方法不确定性,从而提高其准确性。

了解弱混合角有助于揭示宇宙中不同力如何在最小尺度上协同作用,从而加深对物质和能量基本性质的理解。

“自 2010 年以来,罗彻斯特团队一直在开发创新技术并测量这些电弱参数,然后在大型强子对撞机上实施它们,”布迪克说,“这些新技术预示着标准模型预测准确性测试的新时代。”

CMS 合作组织是一个国际科学合作组织,负责欧洲核研究组织 (CERN) 大型强子对撞机的紧凑型介子螺线管 (CMS) 实验。 此次合作汇聚了来自 200 多个机构和 50 个国家的 4000 多名科学家,开展高能物理研究,探索粒子和基本力,包括 2012 年著名的希格斯玻色子发现。

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