[ad_1]
قم بالتسجيل للحصول على بريدنا الإلكتروني المجاني لتلقي تحليل حصري على هذا الأسبوع
يبحث الفيزيائيون دائمًا عن نظريات جديدة لتحسين فهمنا للكون وحل الأسئلة الكبيرة التي لم تتم الإجابة عليها.
ولكن هناك مشكلة. كيف يمكنك البحث عن القوى أو الجسيمات غير المكتشفة عندما لا تعرف كيف تبدو؟
خذ المادة المظلمة. نرى علامات على هذه الظاهرة الكونية الغامضة في جميع أنحاء الكون ، ولكن ما الذي يمكن أن يكون مصنوعًا؟
مهما كان الأمر ، سنحتاج إلى فيزياء جديدة لفهم ما يجري.
بفضل نتيجة تجريبية جديدة نشرت اليوم ، والحسابات النظرية الجديدة التي تصاحبها ، قد يكون لدينا الآن فكرة عن شكل هذه الفيزياء الجديدة – وربما حتى بعض القرائن حول المادة المظلمة.
قابل الميون
لمدة 20 عامًا ، كانت واحدة من أكثر العلامات الواعدة للفيزياء الجديدة تناقضًا صغيرًا في مغناطيسية جسيم يسمى Muon. Muon يشبه إلى حد كبير الإلكترون ولكنه أثقل بكثير.
يتم إنتاج Muons عندما تضرب الأشعة الكونية-جزيئات الطاقة العالية من الفضاء-جو الأرض. ما يقرب من 50 من هذه muons تمر عبر جسمك كل ثانية.
تنتقل Muons عبر كائنات صلبة أفضل بكثير من الأشعة السينية ، لذلك فهي مفيدة لمعرفة ما هو داخل الهياكل الكبيرة. على سبيل المثال ، تم استخدامها للبحث عن غرف مخفية في الأهرامات المصرية والمكسيكية ؛ لدراسة غرف الصهارة داخل البراكين للتنبؤ بالانفجارات البركانية ؛ والرؤية بأمان داخل مفاعل فوكوشيما النووي بعد ذوبانه.
فتح الصورة في المعرض
تم استخدام Muons للبحث عن غرف مخفية داخل الأهرامات (AFP عبر Getty Images)
صدع صغير في الفيزياء؟
في عام 2006 ، قام الباحثون في مختبر بروكهافن الوطني في الولايات المتحدة بقياس قوة المغناطيسية في مون بدقة بشكل لا يصدق.
كان قياسهم دقيقًا إلى ستة أجزاء تقريبًا في 10 مليارات. هذا يعادل قياس كتلة قطار الشحن المحملة إلى عشرة غرامات. تمت مقارنة هذا بحساب نظري مثير للإعجاب بالمثل.
عندما قارن الباحثون الرقمين ، وجدوا فرقًا صغيرًا ولكنه مهم ، مما يشير إلى عدم تطابق بين النظرية والتجربة. هل وجدوا أخيرًا الفيزياء الجديدة التي كانوا يبحثون عنها؟
تجربة أفضل
لإيجاد إجابة نهائية ، بدأ المجتمع العلمي الدولي برنامجًا لمدة 20 عامًا لزيادة دقة كلتا النتيجتين.
تم تحميل المغناطيس الكهربائي الضخم من التجربة الأصلية على البارجة وشحنه أسفل الساحل الشرقي للولايات المتحدة ثم أعلى نهر المسيسيبي إلى شيكاغو. هناك ، تم تثبيته في Fermilab لتجربة إصلاح شاملة تمامًا.
هذا الصباح فقط ، أعلن الباحثون أنهم أنهوا هذه التجربة. النتيجة النهائية لقوة مغنطيسية مون هي 4.4 مرة أكثر دقة ، في أجزاء ونصف في 10 مليارات.
فتح الصورة في المعرض
اقترح البروفيسور بيتر هيغز وجود بوسون هيغز (AFP عبر Getty Images)
وحسابات أفضل
لمواكبة ذلك ، كان على المنظرين إجراء تحسينات شاملة أيضًا. لقد شكلوا مبادرة نظرية Muon G-2 ، وهي تعاون دولي لأكثر من 100 عالم ، مكرسة لإجراء تنبؤ نظري دقيق.
لقد قاموا بحساب المساهمات في مغناطيسية مون من أكثر من 10000 عامل. حتى أنها شملت جسيمًا يسمى Higgs Boson ، والذي تم اكتشافه فقط في عام 2012.
ولكن كانت هناك نقطة واحدة أخرى لالتصاق: القوة النووية القوية ، واحدة من القوى الأساسية الأربع للكون. على وجه الخصوص ، لم يكن حساب أكبر مساهمة في نتيجة القوة النووية القوية السهلة.
مضاد مقابل أجهزة الكمبيوتر العملاقة
لم يكن من الممكن حساب هذه المساهمة بنفس طريقة الآخرين ، لذلك كنا بحاجة إلى نهج مختلف.
في عام 2020 ، تحولت مبادرة النظرية إلى تصادمات بين الإلكترونات ونظرائها المضادة: البوزيترون. قدمت قياسات تصادمات الإلكترون والبوزيترون القيم المفقودة التي نحتاجها.
مع جميع الأجزاء الأخرى ، أعطى هذا نتيجة لا توافق بشدة مع أحدث قياس تجريبي. كان الخلاف قويًا تقريبًا بما يكفي للإعلان عن اكتشاف الفيزياء الجديدة.
في الوقت نفسه ، كنت أستكشف نهجًا مختلفًا. جنبا إلى جنب مع زملائي في تعاون بودابست مارسيليا-البرفل ، أجرينا محاكاة الحاسوب الفائقة لهذه المساهمة القوية.
لقد ألغت نتيجتنا التوتر بين النظرية والتجربة. ومع ذلك ، كان لدينا الآن توتر جديد: بين محاكاةنا ونتائج الإلكترون – بوزيترون التي صمدت 20 عامًا من التدقيق. كيف يمكن أن تكون تلك النتائج التي تبلغ من العمر 20 عامًا خاطئة؟
فتح الصورة في المعرض
تم تشغيل عمليات محاكاة الحاسوب الخارق لاستكشاف طرق مختلفة
تلميحات من الفيزياء الجديدة تختفي
منذ ذلك الحين ، أنتجت مجموعتان أخريان عمليات محاكاة كاملة تتفق معنا ، والكثير منها قد تم التحقق من صحة أجزاء من نتائجنا. لقد أنتجنا أيضًا محاكاة جديدة تم إصلاحها تضاعف دقتنا تقريبًا (تم إصدارها على أنها مسبق ، والتي لم يتم مراجعتها بعد أو نشرها في مجلة علمية).
لضمان عدم تأثر هذه المحاكاة الجديدة بأي تصورات مسبقة ، تم تنفيذها “أعمى”. تم ضرب بيانات المحاكاة برقم غير معروف قبل تحليله ، لذلك لم نكن نعرف ما هي النتيجة “الجيدة” أو “السيئة”.
ثم عقدنا اجتماعًا مثيرًا للأعصاب ومثير. تم الكشف عن عامل التعمية ، واكتشفنا نتائج سنوات العمل في وقت واحد. بعد كل هذا ، تتفق أحدث نتائجنا بشكل أفضل مع القياس التجريبي للمغناطيسية في مون.
لكن الآخرين يظهرون
انتقلت مبادرة نظرية MUON G-2 إلى استخدام نتائج المحاكاة بدلاً من بيانات الإلكترون-بوزيترون في تنبؤها الرسمي ، ويبدو أن تلميح الفيزياء الجديدة قد ولت.
باستثناء … لماذا لا توافق بيانات الإلكترون والبيوسيترون؟ لقد درس الفيزيائيون في جميع أنحاء العالم هذا السؤال على نطاق واسع ، والاقتراح المثير هو جسيم افتراضي يسمى “الفوتون الداكن”.
لم يكن بإمكان الفوتون الداكن أن يفسر الفرق بين أحدث نتائج Muon وتجارب الإلكترون والبيوسيترون ، ولكن (إذا كان موجودًا) يمكن أن يفسر أيضًا مدى ارتباط المادة المظلمة بالمادة العادية.
Finn Stokes هو زميل Ramsay في الفيزياء بجامعة أديليد
تم نشر هذه المقالة لأول مرة من قبل المحادثة ويتم إعادة نشرها بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي
[ad_2]
المصدر