Was wissen wir über das Universum, in dem wir leben? Um zumindest ein wenig die Struktur der Welt um uns herum zu verstehen, wurden leistungsstarke wissenschaftliche Werkzeuge entwickelt. Teleskope wie Hubble und James Webb, die im Juni 2022 den vollen Betrieb aufnehmen werden, haben uns buchstäblich die Augen geöffnet. Aber auch das Universum auf der Erde lässt sich zum Beispiel mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern untersuchen. Tatsächlich besteht nach physikalischen Theorien alles um uns herum (wie wir selbst) aus für das Auge unsichtbaren Teilchen, die nach ihren eigenen Gesetzen arbeiten. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie beschreibt brillant unsere alltägliche Realität, aber wenn es um Elementarteilchen geht, funktioniert die allgemeine Relativitätstheorie nicht, und das berühmte Standardmodell der Elementarteilchen wird zunehmend als unvollständig bezeichnet. Nach den Ergebnissen einer neuen Studie scheint das W-Boson-Teilchen also 0,1 % schwerer zu sein als die anderen. Und wenn das stimmt, stehen wir vor einer Überarbeitung der erfolgreichsten wissenschaftlichen Theorie aller Zeiten.“ aria-scribedby=”caption-attachment-383972″ width=”1960″ height=”1103″ class=”size-full wp-image-383972″ alt=”1″ Warum sollte das W-Boson unser Wissen über das Universum verändern? />
Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Die Anzahl der letzteren kann unterschiedlich sein: von null bis zu mehreren zehn.
Inhalt
- 1 Wir sind Sternenstaub
- 2 Teilchenbeschleuniger
- 3 Woraus besteht die Realität?
- 4 Mysteriöse Bosonen
Wir sind Sternenstaub
Also gibt es zwei Theorien, die die Struktur des Universums erklären – die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik . Gleichzeitig wird die Allgemeine Relativitätstheorie zunehmend auch außerhalb unseres Planeten bestätigt. So gelang es Wissenschaftlern, Gravitationswellen einzufangen und die mysteriösesten Bewohner des Weltraums zu beobachten – Schwarze Löcher.
Wie Einstein vorausgesagt hat, biegt die Schwerkraft das Licht um diese massiven Objekte herum, und ihre Kollision erzeugt Gravitationswellen.
Aber wenn es um die Quantenmechanik geht, werden die Dinge seltsam. Zum Beispiel dehnt sich das Universum mit Beschleunigung aus, was den bekannten Gesetzen der Physik widerspricht, und Wissenschaftler können noch nicht erklären, warum. Und während Astronomen die Sterne beobachten, zerlegen ihre Kollegen Materie in Atome.
Woraus ein Atom besteht
Atome sind die kleinsten Körner, aus denen sich alles zusammensetzt. Wie der Astrophysiker Lawrence Krauss einmal sagte: „Die Atome in deiner linken Hand stammen von einem explodierenden Stern und die Atome in deiner rechten Hand von einem anderen.“ Alte Sterne sterben und werfen viele Elemente in den Weltraum, die für die Entstehung des Lebens notwendig sind. Sie und ich sind also gewissermaßen echter Sternenstaub.
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Und doch wissen wir nicht, wie die Bausteine des Universums miteinander interagieren, um Realität zu erschaffen. Dies wirft neue Fragen auf, die Teilchenbeschleuniger beantworten können.
Teilchenbeschleuniger
Um zu verstehen, wie die grundlegenden Bausteine des Universums zusammenpassen, erstellen Wissenschaftler neue Computermodelle. Nach Messungen mit dem Teilchenbeschleuniger am Fermi National Accelerator Laboratory in den USA haben Physiker etwas entdeckt. Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
Teilchenbeschleuniger– eine Klasse von Geräten zur Erzeugung hochenergetischer geladener Teilchen. Das Funktionsprinzip ist recht einfach: Geladene Teilchen werden unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes beschleunigt. Die ersten Beschleuniger erschienen in den 1930er Jahren. Dieser Beschleuniger war bis 2009 der leistungsstärkste der Welt, als er durch den Large Hadron Collider (LHC) ersetzt wurde.
Obwohl der Fermi-Beschleuniger vor zehn Jahren seine letzten Protonen zertrümmertebeobachteten Physiker die experimentelle Entdeckung des Prozesses der gleichzeitigen Produktion von drei W-Bosonen. Und nach langer Analyse gelang es ihnen schließlich, die Masse dieser mysteriösen Partikel genau zu messen. loading=”lazy” data-src=”https://hi-news.ru/wp-content/uploads/2022/04/BA_CK -750×422.jpeg” width=”650″ height=”366″ class=”lazyload size-medium wp-image-383974″ style=”position: absolute;top:0;left:0;right:0;bottom:0 ;Breite:100%;Höhe:100%;Objekt-Passform:Abdeckung;” alt=”1″ Warum W-Boson unser Wissen über das Universum verändern kann? />
Wissenschaftler sagen, dass sie die Masse des W-Bosons mit einer Genauigkeit von 0,01 Prozent bestimmt haben, doppelt so genau wie frühere Versuche.
< p>Die neue Entdeckung, sagen ihre Autoren, könnte die Physik für immer verändern, da die Ergebnisse sich stark von Vorhersagen unterscheiden, die auf dem in den 1970er Jahren entwickelten Standardmodell basieren. Darin ist alles perfekt, mit Ausnahme von dunkler Materie und Schwerkraft – was sie auf subatomarer Ebene sind, bleibt ein Rätsel.
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Woraus besteht die Realität?
Wie Sie wissen, haben alle Elementarteilchen eine Masse. Es kann durch Interaktion mit anderen Partikeln des Standardmodells berechnet werden. Außerdem muss diese vorhergesagte Masse mit den tatsächlich am Collider durchgeführten Messungen verglichen werden. An diesen Arbeiten sind rund 400 Mitarbeiter des Fermi-Labors (Fermilab) beteiligt.
W-Bosonen sind Elementarteilchen, die nukleare Prozesse beeinflussen, wie sie zum Beispiel in der Sonne ablaufen . Das Standardmodell besagt, dass ihre Masse mit der Masse des Higgs-Bosons und des subatomaren Teilchens, des Top-Quarks, zusammenhängt.
Während Physiker weiterhin die vom Tevatron-Collider erzeugten W-Bosonen analysieren, spüren Physiker viele Fehler auf, um bei ihren Messungen ein beispielloses Maß an Genauigkeit zu erreichen. Wenn das Übergewicht von W-Bosonen bestätigt werden kann, bedeutet die Entdeckung die Existenz von Teilchen oder Kräften, die der Wissenschaft unbekannt sind. Darüber hinaus könnte dies zur ersten großen Neufassung der Gesetze der Quantenphysik seit 50 Jahren führen.
Die Untersuchung solch seltener Prozesse wird die Vorhersagen des Standardmodells testen.
Die gewonnenen Daten können unsere Sicht auf die Welt komplett verändern. Die Bedeutung des Higgs-Bosons wird nicht so wichtig erscheinen. Tatsache ist, dass das Higgs im Gegensatz zu W-Bosonen gut in das Standardmodell passt, bemerken die Autoren der Studie. Während sich die neue Messung der Masse des W-Bosons selbst stark von den Vorhersagen des Standardmodells unterscheidet, sind andere Experimente nicht so beeindruckend.
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Mysteriöse Bosonen
W-Bosonen vermitteln zusammen mit Z-Bosonen die schwache Kraft, eine der vier Grundkräfte des Universums. Im Gegensatz zu Gravitation, Elektromagnetismus und der starken Kraft schiebt oder zieht die schwache Kraft weniger, als dass sie schwerere Teilchen in leichtere verwandelt.
Zum Beispiel zerfällt ein Myon spontan in ein W-Boson und a Neutrino, während ein W-Boson dann ein Elektron und ein weiteres Neutrino wird. Die damit verbundene subatomare Formänderung verursacht Radioaktivität.
Die Erforschung des W-Bosons wird bis heute fortgesetzt, da ein Elementarteilchen an seltenen Prozessen teilnehmen kann, in denen Wissenschaftler hoffen, Spuren der Neuen Physik zu finden, glauben die Forscher.
In den letzten 40 Jahren In verschiedenen Experimenten wurden die Massen der W- und Z-Bosonen gemessen. Der Unterschied besteht darin, dass die Masse des W-Bosons vorhergesagt werden kann, indem mehrere andere messbare Quanteneigenschaften in den Gleichungen des Standardmodells kombiniert werden.
Das ATLAS-Experiment wird weiter daran arbeiten, endlich die größten Geheimnisse des Universums zu enthüllen
So sendet ein Myon während des Zerfalls kurzzeitig ein W-Boson aus, und dieses Zwischenteilchen kann mit anderen, auch uns unbekannten Teilchen wechselwirken. Die Autoren der Studie glauben, dass es diese Wechselwirkung mit dem Unbekannten ist, die die Masse des W-Bosons verzerren kann.
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Die Diskrepanz zwischen der von Wissenschaftlern erhaltenen Masse W -Boson ist etwa siebenmal größer als vorhergesagt. Im vergangenen Jahr haben Physiker der ATLAS-Kollaboration die Produktionsraten von Myonen und Taonen in W-Boson-Zerfällen am gleichnamigen Detektor des Large Hadron Collider verfeinert (der LHC hat bereits mehr W-Bosonen produziert als sein Vorgänger).
Und obwohl die höhere Kollisionshäufigkeit im LHC die Analyse der Masse des W-Bosons erschwert, ist die Sammlung zusätzlicher Daten entscheidend. Vor allem angesichts anderer Entdeckungen, die ebenfalls auf eine mögliche Überarbeitung des Standardmodells hindeuten. Lesen Sie mehr über diese faszinierenden Studien, die wir hier erzählt haben, wir empfehlen die Lektüre. Neue Physik taucht am Horizont auf.
