"Temos razões para acreditar que não há mais partículas subatômicas não descobertos que não fazem parte do Modelo Padrão", explica o cientista Fermilab Ruth Van De Água. "Geralmente, nós esperamos que eles sejam mais pesadas do que as partículas subatômicas que temos encontrado até agora. As novas partículas seria parte de uma nova teoria que seria parecido com o SM em baixas energias. Além disso, a nova teoria deve explicar as observações astrofísicas da matéria escura e energia escura. A natureza das partículas de matéria escura é um completo mistério. "
Uma equipe de físicos de alta energia teóricas no Fermilab Malha e MILC Colaborações publicou um novo cálculo de alta precisão que poderia avançar significativamente a procura indirecta para a física além do Modelo Padrão (SM). O cálculo aplica-se a um declínio particularmente rara do méson B (uma partícula subatômica), que às vezes é também chamado de um processo de "decadência pinguim".
Depois de ser produzido em uma colisão, as partículas subatômicas decair em outras partículas espontaneamente, na sequência de um dos muitos caminhos possíveis de decaimento. Fora de um bilhão de mésons B detectados em um colisor, apenas cerca de vinte decadência através deste processo particular.
Com a descoberta do bóson de Higgs, a última peça que faltava, o SM da física de partículas agora é responsável por todas as partículas subatômicas conhecidas e descreve corretamente suas interações. É uma teoria altamente bem sucedido, na medida em que suas previsões foram verificadas de forma consistente por medições experimentais. Mas os cientistas sabem que a SM não contam toda a história, e pesquisadores ao redor do mundo estão avidamente em busca de provas de física para além do SM.
"Os cientistas estão atacando este problema de várias direções", acrescentou Universidade de Illinois físico Aida El-Khadra. "Pesquisas indiretos concentrar em efeitos virtuais que as novas partículas pesadas conjectura pode ter sobre os processos de baixa energia. Pesquisas diretas olhar para a produção de novas partículas pesadas em colisões de alta energia. A interação de ambas as pesquisas diretas e indiretas pode vir a nos fornecer peças do quebra-cabeças suficientes para fazer a nova teoria subjacente que poderia explicar todos esses fenômenos. "
"Na observação de uma decadência raro, porque as contribuições da SM são relativamente pequenos, há uma boa possibilidade de que as contribuições de novas partículas pesadas virtuais pode ser significativo", observa Syracuse University físico John "Jack" Laiho descreve porque "pinguim decai" fornecer sondas poderosos da nova física. ". Estas seria observado como desvios previsões SM No entanto, a fim de saber que tal desvio (se observado) não é apenas uma flutuação estatística, a diferença deve ser conclusiva - deve ser pelo menos cinco vezes maior do que o experimental e incertezas teóricas. decaimentos tão raros exigem alta precisão em ambas as medições experimentais e os cálculos teóricos ".
Mésons B pertencem às classes de partículas subatômicas que são estados ligados de quarks e eles se sentem chamados interações fortes, também conhecido pelo nome colorido Cromodinâmica Quântica (QCD). Quarks são encontrados dentro de prótons e nêutrons - que compõem o núcleo atômico - assim como em outras partículas subatômicas, como piões e os mésons B acima mencionados.
O novo cálculo de alta precisão emprega QCD estrutura para calcular os efeitos da forte interação no processo em questão.
"Processos de deterioração que envolvem estados ligados de quarks receber contribuições das interações fortes, que são muito difíceis de quantificar, especialmente a baixas energias", explica o cientista Fermilab Andreas Kronfeld. O único método de primeiros princípios para o cálculo de erros controladas as propriedades das partículas subatômicas contendo quarks é QCD estrutura, onde as integrais pesadas de QCD são moldados em uma forma que torna possível calculá-los numericamente. "
O projeto foi iniciado quando a Universidade de Syracuse pesquisador Daping Du foi um pós-doutorado na Universidade do Illinois com El-Khadra.
"Nosso cálculo é limpo", afirma Du. "Estamos focados em um processo para que os métodos de QCD na rede produzir pequenas e completamente quantificados incertezas."
"Temos assistido a um progresso incrível em cálculos QCD treliça nos últimos anos", observa Enrico Lunghi, um teórico da não-estrutura na Universidade de Indiana, que entrou na equipe por sua experiência em rara fenomenologia decadência. "Cálculos Malha têm avançado ao ponto onde eles fornecem ab initio previsões de fortes efeitos de interação com pequenas e confiáveis incertezas. É assim que somos capazes de obter uma previsão SM deste processo com uma melhor precisão do que era possível anteriormente."
Alta precisão de cálculo grade QCD da equipe necessários recursos computacionais de grande escala.
"Felizmente, fomos capazes de alavancar recursos de supercomputação em todos os EUA para este projeto", comenta o físico da Universidade de Indiana Steven Gottlieb. "Na verdade, este projeto faz parte de um esforço maior pelo Fermilab treliçadas e MILC Colaborações para produzir cálculos teóricos precisos sobre os efeitos fortes de interação para uma série de processos importantes relevantes para experimentos de precisão de fronteira. Nós usamos atribuições do Fermilab (fornecido pelo USQCD Collaboration), no Centro de Argonne Leadership Computing, a Energia Investigação Científica Centro de Computação Nacional, o Los Alamos National Laboratory, do Instituto Nacional de Computação Ciência, o Centro de Supercomputação de Pittsburgh, o Centro de Supercomputação de San Diego, e do Texas Advanced Computing Center. "
Depois de completar o novo cálculo e antes de sua publicação na Physical Review Letters [115, 152002 (2015)] no artigo intitulado, "B? Π ?? Fatores de formulário para Nova Física Pesquisas de Malha QCD", o experimento LHCb no CERN, em Suíça anunciou uma nova medida experimental da taxa de decaimento diferencial para este processo de decadência.
Fermilab cientista Ran Zhou conclui: "As medidas recentes são compatíveis com as nossas previsões SM, com incertezas proporcionais de teoria e experiência. Isso coloca restrições interessantes sobre possíveis contribuições nova física que são muito úteis para a construção de modelos de física para além do SM."
A equipe também concluiu recentemente um outro papel, "Fenomenologia do méson B semileptonic decai com fatores de forma de grade QCD", em que eles fazem previsões adicionais para decaimentos raros relacionados que ainda não foram observados experimentalmente. Uma vez observados, esses processos de deterioração do mesmo modo pode desempenhar um papel importante na busca de encontrar a nova teoria fundamental que está para além do SM.
Astrônomos usando dados do telescópio Hubble da NASA observaram o que parece ser um aglomerado de matéria escura deixada para trás de um naufrágio entre grandes aglomerados de galáxias Abell 520 em que aparecem na imagem no topo da página. O resultado poderia desafiar teorias atuais sobre a matéria escura que predizem galáxias deve estar ancorada à substância invisível, mesmo durante o choque de uma colisão.
O Galaxy diário via Fermilab
Crédito da imagem: telescópio espacial da NASA / Hubble
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