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Die Wissenschaftler, Die sich für Nichts um Alles zu Verstehen

Ryan F. MandelbaumToday 9:00amFiled zu: Teilchenphysik

Sie bekommen nichts
alles
Wissenschaft
CERN
large hadron collider

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Physiker Usama Hussain lachte unangenehm jedes mal, wenn das Gespräch bekam sogar in der Nähe um die Frage, “sehen Sie nichts?” Seine Professoren ihn töten würde, wenn Sie hörte ihm nur Zustimmen. Nachdem alle, er ist technisch auf der Suche für ein neues Teilchen, das möglicherweise oder möglicherweise nicht vorhanden, mit der Hoffnung, dass es könnte erklären helfen, einige der das Universum ist Verrücktheit.

Aber die Jagd nach einem neuen Teilchen (sogar das berühmte Higgs-Boson) ist eine Suche durch das finden alle nichts. Es erfordert die Bestätigung aller von den Orten, es kann nicht sein, und das Verständnis aller Eigenschaften, die es nicht haben, also was bleibt, ist die Entdeckung. Es ist wie das schnitzen einer Skulptur aus Marmor. Sie verbringen Ihre Mühe entfernen des nichts, und vielleicht werden Sie am Ende mit etwas. Oder vielleicht auch nicht.

“Alles, was geschieht, auch wenn wir finden gar nichts, es wird eine revolution geben.”

Und finden nichts in dem gut akzeptierten Theorien vorhergesagt, etwas, das ebenso wichtig ist. Das könnte senden Theoretiker wieder auf dem Reißbrett, und erfordern Physiker zu überdenken Verständnis des Universums. In diesem neuen Wild-West-ära der Teilchen-Jagd, “Alles, was geschieht, auch wenn wir finden gar nichts, es wird eine revolution geben,” Physiker James Beacham von der Staat Ohio-Universität sagte mir auf ein Bier in der CERN-cafeteria in Genf, Schweiz.

Also nichts, in der Teilchen-Physik, kann alles sein.

So weit wie der Suche nach nichts geht, “Sie sind die überprüfung ein Feld—es ist nicht hier”, erklärte Hussain. Physiker haben einen Namen für diese Aktion: null-Ergebnisse. “Du bist immer noch in einer Art und Weise einen Beitrag zu leisten. Sie machen sicher, dass die anderen Menschen schauen Sie nicht an der gleichen Stelle.”

Hussain wuchs in Pakistan. Sein Vater war ein leidenschaftlicher fan der Teilchenphysik, da das Land zwei Nobelpreisträger war-Partikel-Physiker Abdus Salam. Diese Leidenschaft abgerieben auf die jüngeren Hussain, wer jetzt ein Ph. D.-student am CERN und der Universität von Wisconsin, Madison. Dort ist er auf ein kleines team auf die Jagd nach exotischen Physik, wie eine öl-Prospektor, der auf der Suche nach neuen Teilchen in Neuland, Partikel, die möglicherweise nicht existieren.

“Wir sind wirklich in Neuland, so weit wie die Physik betroffen ist.”

CERN ‘s Large Hadron Collider in Genf, Schweiz, zertrümmert zusammen, Milliarden energiereichen Protonen -, Dreh die Energie in Teilchen mehr oder weniger über Albert Einstein’ s E=mc^2. Diese Partikel Zerfall in andere Teilchen, die der Large Hadron Collider riesigen Detektoren wie ATLAS, CMS, LHCb und ALICE erkennen kann, spuckt Daten, die Physiker, die Ihre Zeit damit verbringen, zu durchforsten. Die Daten wie eine Art großer Kasten, der zerbrochene Teller, zusammen mit einer Liste (die bestehenden Gesetze der Physik) wie viele Platten ging in die box und was Sie alles aussah. Jeder Physiker-team verbringt seine Zeit mit dem Versuch zu rekonstruieren, eine bestimmte Art von Platte (deren hypothetische Teilchen), aber Sie tun dies in unterschiedlicher Weise. Vielleicht ein team verwendet nur winzige Stücke zu finden, die Ihre Platten. Ein anderer sieht nur die Platten, die in zwei Hälften geteilt. Dies sind die verschiedenen Kombinationen von wegen, die einzelne Teilchen könnten decay—Häufig können wir nicht sehen, die neuen Teilchen, die nur Ihre Reste, die häufiger Partikeln, dass Sie schnell verderben.

Alle Wissenschaftler hoffen, dass nach dem Verkleben alle Platten auf der Liste zusammen, wo es genug Scherben noch zu machen, etwas, das nicht da war—neue Physik-Einblicke, erläutert neue subatomare Teilchen.

Also, was Sie wirklich tun, ist dafür die Gesetze der Physik heraus überprüfen, dass alle Teile richtig zusammenpassen, aber über Ihre Finger und hoffen, dass Sie nicht. Fast alle Experimente der Teilchenphysik auf diese Weise funktionieren, zu einem gewissen Grad. Higgs-Forscher benötigt, um wieder aufzubauen unzählige Platten, bevor Sie schließlich genug Scherben übrig, um zu rekonstruieren, deren Partikel vor fünf Jahren. Dunkle-Materie-Forscher sind Gebäude größer und größer Bottich von flüssigem xenon zu rekonstruieren, deren hypothetische Teilchen, die möglicherweise erklären, warum astrophysikalische Beobachtungen, die andeuten, es sollte viel mehr Masse im Universum als normale Materie bieten kann. Viele Physik-Papiere enthalten diese null-Ergebnisse, Hinweise zu anderen Forschern, die alle Ihre Platten geklebt sind wieder zusammen und es blieb nichts übrig—keine neuen Teilchen.

Wenn der Large Hadron Collider wurde 2009 in Betrieb gehen, nachdem ein 2008 Vorfall, waren die Dinge anders. Es gab noch mehr Hinweise: in Früheren Beschleunigern wie dem Tevatron-Beschleuniger in Illinois, und der Large Hadron Collider Vorgänger, der Large Electron-Positron Collider, bereits gefunden hatte, der einige der nichts, zum Beispiel. Aber heute, nach der Higgs-Entdeckung, in Hussain Jagd nach neuer Physik (und die Suche vieler anderer Physiker), gibt es weniger Hinweise, weniger weithin anerkannte Theorien.

“Wir sind wirklich in Neuland, so weit wie die Physik betroffen ist”, sagte Hussain. “Die kleine Hoffnung ist immer da”, die sein team entdeckt ein neues Teilchen—das hat er ausdrücklich ist auf der Suche nach etwas namens Z ” (“Z-prime”) Teilchen. Die Z’ wäre eine Art spirituelles medium, das kommuniziert sowohl mit regulärer Materie und dunkle Materie, die geheimnisvolle Sachen, die Konten für alle, die zusätzliche Masse, die Wissenschaftler denken, Sie beobachten, aber nicht erklären kann, anders als durch Beobachtungen mit Teleskopen. (Es gibt auch die dunkle Energie, die macht den größten Teil des Universums die Masse-Energie, aber wir brauchen nicht darüber zu reden, gerade jetzt.) Die Z’ Partikel Scherben bestehen, was aussieht wie eine skinny-jet von subatomaren Teilchen mit einige fehlende Energie.

“Es wäre wirklich radikal, extrem besonderes, wenn ich etwas sah.”

Und um sicherzustellen, dass die Tatsache, dass er sehen will, ein neues Teilchen nicht dazu führen, ihn zu finden, etwas, das nicht wirklich da, Hussain ist sogar nicht erlaubt, schauen Sie in Orten, wo es sein könnte etwas. Dieser Prozess, telefonieren blendend, erfordert, dass Physiker bauen Ihre Analyse auf die simulierten Daten, dann öffnen Sie das metaphorische Feld nicht analysierter Large Hadron Collider-Daten später. Es ist wie Sie smash Praxis-Platten, bauen Sie eine Besondere Platte-Rekonstruktion computer-Algorithmus, und verwenden Sie dann die gleichen Algorithmus, wenn Sie den eigentlichen LHC-Daten.

Hussain hat vor kurzem spähte in die box. “Ich entblindung ein Drittel der Daten [verfügbar war zu der Zeit], um zu sehen, wie es so mit unserer simulation.” Dass er seine theoretischen Analyse zu einem Bruchteil der echten Daten. “Es wäre wirklich radikal, extrem besonderes, wenn ich etwas sah,” er sagte.”Wenn ich unblinding die Daten, ich war realistisch, die würde ich nichts sehen.” Das hat er nicht.

Ich kann nicht genug betonen, wie typische Hussain position ist. Es gibt Unmengen von Ideen für neue Physik. Einige Theorien sagen, dass die zwei Dutzend Teilchen, die wir gefunden haben machen nur rund die Hälfte des möglichen. Einige sagen, dass die dunkle Materie aus neuen Teilchen. Einige denken, Partikel sollten Zerfall in noch nie zuvor gesehene Möglichkeiten, in Stücke brechen, in unerwarteten Kombinationen. Und Tests die meisten dieser Ideen erfordert der Suche nach nichts. Reporter versuchen Ihr bestes, um null-Resultat klingt interessant, und andere machen Sie Klang trostlos. Aber viele Physiker glauben, dass diese Ergebnisse sind interessant in Ihrem eigenen Recht.

“Die Gesamtheit der null-Ergebnisse ist der einzige Weg” zu tun, Physik, sagt Beacham. “Die Metapher, die ich verwenden, ist der map machen. Es ist die Kartografie. Haben Sie zu fegen, aus allen möglichen Bereich, den Sie zur Verfügung haben.”

Aber wie funktioniert die Suche nach nichts fühlen? Gut, Teilchen-Physik jobs Positionen sind unglaublich wettbewerbsfähig, nach der Wissenschaft Berichterstattung, klar also, dass die Schüler es wollen. Hussain spricht eifrig über seine Forschung.

Sie wissen nur, was wahr ist, wenn Sie wissen alles, was es nicht ist.

Wenn all dies scheint deprimierend, es ist die Art, wie Wissenschaft funktionieren soll. Nach Angaben Der Wissenschaftler, bekannte Philosoph Karl Popper sagte einmal, dass “jede Widerlegung angesehen werden sollte als ein großer Erfolg; nicht nur ein Erfolg der Wissenschaftler, widerlegt die Theorie, sondern auch die Wissenschaftler die die Theorie widerlegt, und wer so in der ersten Instanz schlug, wenn auch nur indirekt, die Widerlegung des Experimentes.”

Physiker Feiern bestimmte null-Ergebnisse. Albert Michelson und Edward Morley nichts gefunden bei der Suche nach einem besonderen medium, das die Lichtwellen sollten durch Reisen zurück in das Jahr 1887. Nichts führte zu einer der Physik “wichtige Theorien zu erklären, einige Licht – Verrücktheit—Einstein’ s spezielle Relativitätstheorie.

Sie wissen nur, was wahr ist, wenn Sie wissen alles, was es nicht ist. Aber null-Ergebnisse nicht als gut angenommen in anderen Bereichen. “Immer ein null-Ergebnis zu einem gewissen Grad in Physik ist viel sinnvoller als in anderen Bereichen” Laura Dodd, ein weiterer student an der Universität von Wisconsin, Madison und CERN sagte Gizmodo. Es ist lange bekannt, dass die medizinische Forschung und andere Felder können Sie nicht verlassen-die Ergebnisse unveröffentlicht. Der Suche nach positiven Ergebnissen führen kann, um eine Neigung, Druck nicht zu berichten-negative und nicht-reproduzierbare Ergebnisse. “Andere Felder, mehr nutzen durch mehr null-Ergebnisse”, sagte Sie.

Durch das Ende meiner Skype-chat mit Hussain, er war zufrieden, dass ich nicht meine, er war auf der Suche nach nichts, aber, anstatt, in der Physik, die Art und Weise suchen Sie nach etwas suchen erfordert für nichts.

Das bedeutet nicht, dass es etwas zu finden, natürlich. Hussain wird bald unblind den rest seiner Analyse, seinen code auf mehr als acht mal die Menge der Daten, die er bereits hat. “Ich weiß es nicht.” Er kicherte wieder. “Die Wahrscheinlichkeit ist wirklich gering, aber ich würde nicht sagen, dass es null. Ich bin wirklich aufgeregt.”

Die Berichterstattung dieses Artikels wurde teilweise unterstützt durch ein Stipendium der National Science Foundation.