Geest In De Machine: Atom Smasher'S 'New Particle' Was Illusion

{h1}

In december 2015 dachten wetenschappers van 's werelds grootste deeltjesversneller dat ze misschien een hint van een gloednieuw deeltje hadden gezien, maar de bevindingen bleken een statistische toevalstreffer te zijn.

Wanneer u hoog en laag zoekt naar uw verloren sleutels, kunnen de plaatsen waar u ze niet ziet, u helpen bepalen waar ze zich bevinden. In de wetenschap gaat de zoektocht naar nieuwe fysica vaak op dezelfde manier.

In december 2015 dachten wetenschappers aan de Large Hadron Collider (LHC) - 's werelds grootste deeltjesversneller - dat ze misschien een vleugje van een gloednieuw deeltje hebben gezien, en daarmee een venster op de fysica dat verder gaat dan wat wetenschappers nu weten. Maar de bevindingen bleken spoken te zijn, een statistische toeval.

Maar ondanks het negatieve resultaat, toont het feit dat er niets is, aan dat heersende theorieën over deeltjesfysica opmerkelijk goed werken, zeiden experts. Maar dat resultaat verdiept alleen de mysteries die natuurkundigen proberen op te lossen, en drijft ze op om uit te zoeken waar nieuwe deeltjes of krachten zich kunnen verbergen. [De 9 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

"Het slechte nieuws is dat [de metingen] niets laten zien", zei theoretisch natuurkundige Matt Strassler. "Het goede nieuws is dat het heel goed werkte om niets te laten zien."

Strassler zelf gaf onlangs een lezing bij de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN), die de LHC leidt, over wat kan worden geleerd van dergelijke resultaten, of het ontbreken daarvan. "Het is net alsof je squint terwijl je iets probeert te zien - soms zie je iets, en soms is het een illusie", vertelde Strassler WordsSideKick.com.

Hoogenergetische botsingen

De LHC gebruikt ongeveer 9.600 massieve magneten om protonenstromen te circuleren binnen een 17-mijl lange (27 kilometer) ring. Deze protonen worden versneld tot bijna de snelheid van het licht en vervolgens samen in elkaar geslagen. De resulterende botsingen ontketenen cascades van subatomaire deeltjes en straling die aanwijzingen kunnen geven over de bouwstenen van de materie.

Na een twee jaar durende hiatus voor upgrades, werd de LHC vorig jaar opnieuw geactiveerd, dit keer met hogere energieën.

Wat wetenschappers in december ontdekten, was dat twee detectiesystemen, de ene genaamd ATLAS en de andere genaamd CMS, een merkwaardige hobbel vonden in de plots van energie versus 'gebeurtenissen'. (Gebeurtenissen zijn in wezen detecties van fotonen of deeltjes.)

De hobbel was groot genoeg dat het interessant leek voor wetenschappers. Als het echt was, zou het een bewijs kunnen zijn van een deeltje dat niemand eerder heeft gezien bij energieën van 750 miljard elektronvolt (GeV). Tijdens de huidige run van de LHC kan het energieën bereiken van bijna 13 biljoen elektronenvolt (TeV).

Het ATLAS-experiment bij de Large Hadron Collider is een van de twee grote multifunctionele detectoren van de machine.

Het ATLAS-experiment bij de Large Hadron Collider is een van de twee grote multifunctionele detectoren van de machine.

Credit: CERN

Gegevens van het puin

Wanneer ze samen worden samengeslagen, zal de energie die de protonen dragen veranderen in deeltjes, elk met een karakteristieke energie. De meeste van deze deeltjes zijn echter van korte duur en vervallen in andere deeltjes en fotonen.

Om deze reden zijn deeltjesdetecties vaak indirect. Dit is wat er gebeurde in 2012, toen wetenschappers het Higgs-deeltje ontdekten, het elementaire deeltje waarvan wordt gedacht dat het verklaart hoe andere deeltjes hun massa krijgen. En daarom was de meest recente hobbel zo intrigerend.

Maar nu laten nieuwe gegevens van CMS, verzameld sinds december, zien dat de 750 GeV-schok waarschijnlijk een illusie was - een statistisch artefact dat soms opduikt in experimenten als dit, zei Michael Peskin, een theoretisch fysicus bij de SLAC National Accelerator Laboratorium. [Beyond Higgs: 5 ongrijpbare deeltjes die zich in het heelal kunnen bevinden]

Zelfs in december hadden sommige natuurkundigen, waaronder Peskin, twijfels. Hij merkte op dat de teams die aan de LHC werkten een verklaring aflegden waarin stond dat ze er eigenlijk geen uitschreven. "De verklaring zei dat de statistische significantie te laag was om een ​​waarneming te melden," zei Peskin.

Maar dat betekent niet dat het een nutteloos resultaat is, zei Strassler. Noch betekent het dat de golf van papers die theoretiseren over wat de observatie zou kunnen zijn, gewoon fout is en niet waardevol te overwegen, voegde hij eraan toe. Dergelijk werk kan vaak belangrijke inzichten op de weg opleveren.

"Dit proces van zeker zijn dat er niets is gemist, zal langer duren dan iets ontdekken", zei hij. "Soms zijn dingen op 750 GeV relevant voor een deeltje dat tien keer kleiner is en dat nog niet is ontdekt."

Aan de positieve kant

Negatieve resultaten zoals deze zijn ook belangrijk omdat ze laten zien waar de conceptuele problemen met de huidige theorieën liggen. In dit geval is de theorie het standaardmodel, de heersende theorie in de natuurkunde die de schare subatomaire deeltjes beschrijft die deel uitmaken van het universum. [Wacky Physics: de coolste kleine deeltjes in de natuur]

Maar fenomenen als donkere materie, het onzichtbare materiaal waarvan gedacht wordt dat het 85 procent van de materie in het universum vormt, suggereren dat het standaardmodel niet compleet is. En natuurkundigen en kosmologen hebben het moeilijk om uit te leggen waarom het universum wordt gedomineerd door materie in plaats van antimaterie, of waarom het Higgs-veld dat dingen massaal geeft, de kracht is die het is.

"Voor het Higgs-deeltje moeten we uiteindelijk zeggen:" Zo is het, "zei Peskin. "En ik vind het niet leuk om dat te moeten zeggen." Er moet een reden zijn, voegde hij eraan toe, dat het Higgs-veld er zo uitziet en het standaardmodel op zichzelf niet echt het antwoord biedt.

Dit is waar negatieve resultaten nuttig kunnen zijn.Er zijn bijvoorbeeld veel uitbreidingen van het standaardmodel die iets voorstellen dat supersymmetrie wordt genoemd, of SUSY. Deze theorieën zeggen dat elk deeltje een nog te ontdekken partnerdeeltje heeft. Het bestaan ​​van dergelijke partners zou fysici helpen begrijpen waarom het Higgs-deeltje de waarde heeft die het heeft (en het voorspelt ook dat er een supersymmetrische partner is voor de Higgs).

Door de jaren heen hebben negatieve resultaten bijgedragen aan het verkleinen van de SUSY-modellen die werken, zei Peskin. "In principe is elk SUSY-model op de tafel in het midden van de jaren 2000 nu uitgesloten," zei hij. Dit betekent niet dat SUSY ongelijk heeft, maar het helpt onderzoekers om het theoretische werk te concentreren.

Lessen uit de geschiedenis

De geschiedenis van de wetenschap registreert een aantal negatieve resultaten die hebben geleid tot meer inzichten. In 1887 voerden Albert Michelson en Edward Morley een experiment uit om de ether te vinden, een voorgesteld medium waarvan gedacht werd dat het lichtgolven met zich meedroeg. Als de ether bestond, zou de lichtsnelheid moeten zijn veranderd afhankelijk van de richting van de straal. Het heeft niet, en jaren later, Albert Einstein dat negatieve resultaat gebruikt als onderdeel van de formulering van zijn relativiteitstheorie, die zegt dat het de ruimte-tijd zelf is die verandert om de snelheid van het licht in alle referentieframes hetzelfde te houden. [8 manieren waarop je de relativiteitstheorie van Einstein in het echte leven kunt zien]

Het probleem was de manier waarop mensen lichtgolven bedachten. "Misschien waren [licht] golven anders dan andere golven die we wisten," zei Strassler, in die zin dat ze geen medium nodig hadden om doorheen te reizen.

Strassler merkte op dat nog niemand zo'n fundamentele sprong heeft gemaakt. In het geval van Michelson-Morley bijvoorbeeld, besefte hij dat lichtgolven geen medium nodig hebben. Voor deeltjesfysici is het niet eens duidelijk wat het inzicht moet zijn. Het is mogelijk dat het probleem technisch is en wetenschappers hebben alleen betere versnellers en detectors nodig om nieuwe deeltjes te vinden. Of het kan conceptueel zijn, zoals het was voor Michelson en Morley, zei Strassler.

Sommige natuurkundigen zeggen dat het negatieve resultaat waarschijnlijk geen enkele betekenis heeft dan alleen maar een statische geest. "We weten dat het standaardmodel geen complete theorie is en dat het op een of andere energieschaal moet worden uitgebreid, maar theoretisch zijn er miljoenen mogelijke uitbreidingen en we hebben een aanwijzing nodig van een juist experiment." zei Adam Falkowski, een theoretisch deeltjesfysicus in het Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Parijs, en co-auteur van een paper waarin de implicaties van de 750 GeV-hobbel worden beschreven als een echt effect.

Toch kan het resultaat op sommige manieren helpen, zei Nhan Tran, een postdoctoraal onderzoeker van het Fermi National Accelerator Laboratory in Illinois. "Het draagt ​​bij aan onze kennis van wat er niet is," zei hij. "Helpt ons ons te concentreren op waar we moeten kijken."

Van zijn kant zei Peskin dat hij de vergelijking tussen de huidige experimenten bij de LHC en het vroege werk om de voorgestelde ether te vinden, een beetje overdreven vindt. "Michelson [en] Morely heeft de vorige theorie weggeblazen," zei hij. Het standaardmodel staat op een stevigere ondergrond, zei hij. Hij voegde er echter aan toe dat zijn resultaten als deze hem minder vertrouwen geven in ideeën zoals SUSY. "Op dinsdag, donderdag en zaterdag geloof ik erin", zei hij. "Op andere dagen denk ik dat het alles kan zijn."

Tegelijkertijd is de LHC een krachtig nieuw hulpmiddel, zei Peskin. "Ons vermogen om SUSY-deeltjes te detecteren, is veel krachtiger," zei hij. "Als je denkt dat ze er zijn, kan het in het komende jaar verschijnen."

Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




Onderzoek


Wie Heeft Virtual Reality-Technologie Uitgevonden?
Wie Heeft Virtual Reality-Technologie Uitgevonden?

Incredible Technology: Hoe Historische Documenten Te Bewaren
Incredible Technology: Hoe Historische Documenten Te Bewaren

Science Nieuws


Disaster'S Aftermath: Beoordeling Van De Schade Van Orkaan Irene
Disaster'S Aftermath: Beoordeling Van De Schade Van Orkaan Irene

Seks Met Neanderthalers Gaf De Immuniteitsverhoging Van De Mens
Seks Met Neanderthalers Gaf De Immuniteitsverhoging Van De Mens

Nieuwe Theorie Over Waarom Mannen Van Borsten Houden
Nieuwe Theorie Over Waarom Mannen Van Borsten Houden

Tijd Om De Kilogram Opnieuw Te Definiëren, Beweren Wetenschappers
Tijd Om De Kilogram Opnieuw Te Definiëren, Beweren Wetenschappers

Boom! Russian Volcano Awakens After Centuries Of Sleep
Boom! Russian Volcano Awakens After Centuries Of Sleep


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com