Estamos diante de desgraça iminente? Será que o universo entrar em colapso?Essa disparidade entre teoria e observação indica a teoria modelo padrão de um universo em constante expansão foi ultrapassado por novas medidas do Higgs e quark top. 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 metaestável, 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 estável em todas as energias.
"Vai levar algum trabalho para os teóricos para explicar isso", Kehoe disse, acrescentando que é um desafio físicos relish, 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 e não há discussão sobre exatamente o que significa, de modo que poderia ser interessante."
O Galaxy diário via Southern Methodist University
Créditos de imagem: Com agradecimentos a Michael Taylor / Shutterstock
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 metaestável provavelmente não iria mudar por muitos milhares de milhões de anos ".
"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 Robert Kehoe, um físico da Universidade Metodista do Sul. "Isso tem emergido como uma das questões mais importantes da atualidade."
"Queremos uma teoria - Modelo Padrão ou não - que podem prever os processos físicos em todas as energias", Kehoe acrescentou. "Mas as medidas agora são tais 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. "
No mundo pós-Big Bang, top quark da natureza - um componente-chave da matéria - é uma sonda de alta sensibilidade que os físicos usam para avaliar teorias concorrentes sobre as interações quânticas. Físicos da Universidade Metodista do Sul alcançaram 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 medida para uma crítica característica - em massa - do quark top. Quarks formam os prótons e nêutrons, que compõem quase toda a matéria visível. Os físicos têm conhecido massa topo do quark foi grande, mas grande dificuldade tentando determinar claramente.
A medição recém-calculada do quark top vai ajudar os físicos guia na formulação de novas teorias, disse Kehoe, que lidera o grupo SMU que realizou a medição.
assuntos de massa superior do quark, 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 para duas décadas têm trabalhado para melhorar a medição da massa do topo do quark e reduzir 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 também adiciona incerteza crescente sobre os aspectos do Modelo Padrão da física.
O Modelo Padrão é o conjunto 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 afirma 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 de massa ganho, e a força forte, que rege a forma como quarks interagem. A força eletrofraca rege 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, porque a 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 a teoria grande força do Modelo Padrão.
"Assim, o quark top é realmente empurrando ambas as teorias", disse Kehoe. "A massa superior é particularmente interessante porque a sua medição é chegar ao ponto agora onde estamos empurrando mesmo para 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 Higgs interagindo com o topo diretamente e precisamos medir as partículas mais precisamente ".
Os novos resultados de medição foram apresentados na Terceira Conferência Anual sobre Large Hadron Collider Physics, St. Petersburg, na Rússia e no Workshop Internacional 8ª on Top Quark Física, Ischia, Itália.
"A percepção pública, com a descoberta do Higgs, é" Ok, ele é feito ", disse Kehoe."Mas isso não é feito. Isto é realmente apenas o começo e o quark top é uma ferramenta chave para descobrir as peças que faltam do quebra-cabeça ".
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 doutoramento pesquisador 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 quark top.
"Liu alcançado um nível surpreendente de precisão", disse Kehoe. "E o seu novo método para otimizar a análise é igualmente aplicável à análise de outros dados de partículas, além do quark top, tornando a metodologia útil no 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 intensamente querem compreender 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 me - 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, o top é o único quark, de seis tipos diferentes, que podem ser observados diretamente. Por essa razão, os físicos experimentais concentrar sobre as características do top quarks para compreender melhor os quarks em questão todos os dias.
Para estudar o topo, os físicos gerá-los em aceleradores de partículas, como o Tevatron, um poderoso Departamento de acelerador de partículas Energia 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, que Fermilab encerrado 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 superior foi medido precisamente, mais recentemente, mas existe alguma divergência das medições. O resultado SMU favorece o valor atual média mundial mais do que a medição atual detentor do recorde mundial, também do Fermilab.A aparente discrepância deve ser abordada, disse Kehoe.
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 para outras partículas ".
Ao medir as partículas a que o quark top decai, os cientistas capturar uma medida do quark top, Liu explicou.
Mas o estudo da parte superior ainda é um campo exótico, disse Kehoe. "Durante anos top quarks 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.
Mas o estudo da parte superior ainda é um campo exótico, disse Kehoe. "Durante anos top quarks 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.
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