Um universo estável é um em um estado de baixa energia onde as partículas e forças interagem e se comportam de acordo com as previsões teóricas para sempre. Isso está em contraste com metastable, ou instável, o que significa um estado de energia mais elevado em que as coisas, eventualmente, alterar, ou mudar de repente e de forma imprevisível, e que poderia resultar no universo em colapso. O Higgs e quark top são os dois parâmetros mais importantes para determinar uma resposta para essa pergunta.Medidas recentes do Higgs e quark top indicam que eles descrevem um universo que não é necessariamente estável em todas as energias.
No mundo pós-Big Bang, quark top da natureza - um componente-chave da matéria - é uma sonda altamente sensível que os físicos usam para avaliar teorias concorrentes sobre as interações quânticas. Físicos da Southern Methodist University, em Dallas, ter alcançado uma nova medição precisa de uma partícula subatômica fundamental, abrindo a porta para uma melhor compreensão de alguns dos mais profundos mistérios do nosso universo.
Os pesquisadores calcularam a nova medição para uma crítica característica - em massa - do quark top. Quarks compõem os prótons e nêutrons que compõem quase toda a matéria visível. Os físicos têm conhecido massa do quark topo foi grande, mas encontrou grande dificuldade tentando determinar claramente.
A medição recém-calculada do quark top vai ajudar os físicos guia na formulação de novas teorias, disse Robert Kehoe, um professor no Departamento de Física da SMU. Kehoe leva o grupo SMU que realizada a medição.
Questões de massa do quark top em última análise, porque a partícula é uma sonda altamente sensível e instrumento fundamental para avaliar teorias concorrentes sobre a natureza da matéria e do destino do universo. Os físicos de duas décadas têm trabalhado para melhorar a medição da massa do quark top de e limitar o seu valor.
Ursos "Top" na mais nova partícula fundamental, o bóson de Higgs. O novo valor da SMU confirma a validade das medições recentes de outros físicos, disse Kehoe. Mas ele também adiciona incerteza crescente sobre os aspectos da física 'Modelo Padrão.
O Modelo Padrão é a coleção de teorias físicos derivados - e continuamente rever - para explicar o universo e como os blocos de construção mais ínfimo de nosso universo interagem uns com os outros. Problemas com o Modelo Padrão continuam a ser resolvido.Por exemplo, a gravidade ainda não foi integrado com sucesso no quadro.
O Modelo Padrão sustenta que o quark top - conhecida familiarmente como "top" - é central em duas das quatro forças fundamentais em nosso universo - a força eletrofraca, pelo qual as partículas ganho de massa e da força forte, que rege a forma como quarks interagem. A força eletrofraca governa fenômenos comuns, como luz, eletricidade e magnetismo. A força forte governa núcleos atómicos e a sua estrutura, para além das partículas que compreendem quark, como protões e neutrões no núcleo.
A parte superior tem um papel com a mais nova partícula fundamental na física, o bóson de Higgs, em ver se a teoria eletrofraca prende a água.
Alguns cientistas acreditam que o quark top pode ser especial, pois sua massa pode verificar ou pôr em causa a teoria eletrofraca.Se posta em causa, que abre a porta para o que os físicos chamam de "nova física" - teorias sobre partículas e nosso universo que vão além do Modelo Padrão.
Outros cientistas teorizam o quark top também pode ser a chave para a unificação das interações eletromagnéticas e fracas de prótons, nêutrons e quarks. Além disso, como o único quark que pode ser observado diretamente, o quark top testa forte vigor teoria do Modelo Padrão.
"Então, o quark top é realmente empurrando ambas as teorias", disse Kehoe. "A massa superior é particularmente interessante porque a sua medição está chegando ao ponto agora onde estamos empurrando até mesmo além do nível que os teóricos entender.Nossos erros experimentais, ou incertezas, são tão pequenas, que ele realmente força teóricos para tentar difícil entender o impacto da massa do quark. Precisamos observar o bóson de interação com o top diretamente e precisamos medir as partículas mais precisamente. "
Os novos resultados das medições foram apresentados em agosto e setembro na Terceira Conferência Anual sobre Grande Colisor de Hádrons Física, São Petersburgo, Rússia, e no 8º Workshop Internacional sobre Top Quark Física, Ischia, Itália.
"A percepção pública, com a descoberta do Higgs, é" Ok, está feito ", disse Kehoe. "Mas isso não é feito. Isto é realmente apenas o começo eo quark top é uma ferramenta chave para descobrir as peças do quebra-cabeça faltando. "
Os resultados foram tornados públicos pelo DZero, uma experiência de colaboração de mais de 500 físicos de todo o mundo. A medição é descrito em "Medição precisa da massa do quark top em dilepton decai com ponderação neutrino otimizado" e está disponível online em arxiv.org/abs/1508.03322.
Para limitar a medição quark top, SMU investigador doutorado Huanzhao Liu tomou uma metodologia padrão para medir o quark top e melhorou a precisão de alguns parâmetros. Ele também melhorou a calibração de uma análise de dados do quark top.
"Liu conseguiu um surpreendente nível de precisão", disse Kehoe. "E o seu novo método para otimizar a análise também se aplica às análises de outros dados de partículas, além do quark top, tornando a metodologia útil dentro do campo da física de partículas como um todo."
A otimização SMU pode ser usado para entender mais precisamente o bóson de Higgs, o que explica por que a matéria tem massa, disse Liu.
O Higgs foi observada pela primeira vez em 2012, e os físicos querem entender profundamente a sua natureza.
"Esta metodologia tem suas vantagens - incluindo compreensão das interações de Higgs com outras partículas - e esperamos que outros usá-lo", disse Liu. "Com isso conseguimos melhoria de 20 por cento na medição. Aqui está como eu penso nisso eu mesmo - todo mundo gosta de um iPhone $ 199 com contrato. Se um dia a Apple diz que vai reduzir o preço em 20 por cento, como é que todos nós sentimos para obter o preço mais baixo? "
Outra otimização empregado por Liu melhorou a precisão de calibração por quatro vezes, disse Kehoe.
Principais quarks, que raramente ocorrem agora, eram muito mais comuns logo após o Big Bang 13,8 bilhões de anos atrás. No entanto, é superior a única quark, de seis tipos diferentes, que podem ser directamente observada. Por essa razão, os físicos experimentais focar as características de topo quarks para compreender melhor os quarks em matéria todos os dias.
Para estudar o topo, os físicos gerá-los em aceleradores de partículas, como o Tevatron, um departamento poderoso de Energia dos EUA acelerador de partículas operado por Fermi National Laboratory, em Illinois, ou o Large Hadron Collider, na Suíça, um projeto da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear , CERN.
Medição da SMU baseia-se em dados do quark top recolhidos pela DZero que foi produzido a partir de colisões próton-antipróton no Tevatron, do Fermilab, que fechou em 2011.
A nova medida é o mais preciso de seu tipo a partir do Tevatron, e é competitivo com as medições comparáveis do Large Hadron Collider. A massa do quark topo foi medido precisamente, mais recentemente, mas existe alguma divergência das medições. O resultado SMU favorece o valor médio atual do mundo mais do que a medição atual detentor do recorde mundial, também do Fermilab. A aparente discrepância deve ser abordada, disse Kehoe.
"A capacidade de medir a massa do quark top precisamente é fortuita, pois, juntamente com a massa do bóson de Higgs, nos diz se o universo é estável ou não", disse Kehoe. "Isso tem emergido como uma das questões mais importantes de hoje."
"Nós queremos uma teoria - Modelo Padrão ou não - que podem prever os processos físicos em todas as energias", disse Kehoe."Mas as medidas agora são de tal forma que parece que pode ser ao longo da fronteira de um universo estável. Estamos metaestável, o que significa que há uma zona cinzenta, que é estável em algumas energias, mas não em outros. "
Estamos diante de desgraça iminente? Será que o universo em colapso?
Essa disparidade entre teoria e observação indica a teoria Modelo Padrão tenha sido ultrapassado por novas medidas do Higgs e quark top.
Essa disparidade entre teoria e observação indica a teoria Modelo Padrão tenha sido ultrapassado por novas medidas do Higgs e quark top.
"Vai levar algum trabalho para os teóricos para explicar isso", Kehoe disse, acrescentando que é um desafio físicos saborear, como evidenciado por sua preocupação com a "nova física" e as possibilidades que o Higgs e Top quark criar.
"Eu participei de duas conferências recentemente," Kehoe disse, "e não há discussão sobre exatamente o que significa, de modo que poderia ser interessante."
Então, estamos em apuros? "Não imediatamente", disse Kehoe. "As energias em que metastability entraria em ação são tão altos que as interações de partículas em nosso universo quase nunca chegar a esse nível. Em qualquer caso, um universo metastável não seria provavelmente para alterar muitos milhares de milhões de anos. "
Como o único quark que pode ser observado, o quark top entra e sai da existência fugaz em prótons, tornando possível para os físicos para testar e definir suas propriedades diretamente.
"Para mim, é como fogos de artifício", disse Liu. "Eles atiram para o céu e explodir em pedaços menores, e esses pedaços menores continuam explodindo. Esse tipo de descreve como o quark top decai em outras partículas ".
Ao medir as partículas para que o topo quark deteriora, cientistas capturar uma medida do topo quark, Liu explicado
Mas o estudo da parte superior ainda é um campo exótico, disse Kehoe. "Durante anos quarks top foram tratados como uma construção e não uma coisa real. Agora eles são reais e ainda bastante novo - e é muito importante entendermos suas propriedades totalmente. "- Margaret Allen
O Galaxy diário via Southern Methodist University
Crédito da imagem: CERN e thinknowresearch.com
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