قیل و قال علم

چند روزی است خبر مهم در دنیای فیزیک ذرات بنیادی اندازه گیری جدید جرم دابلیو ست که با «پیش بینی مدل استاندارد»، ۷ سیگما اختلاف داره.«پیش بینی مدل استاندارد» را در گیومه گذاشتم چون که نیاز به توضیح داره که در زیر می آورم.

اول به اندازه گیری جدید که گزارشش ۶ روز پیش (۷ آوریل ۲۰۲۲) در مجله ساینس (که خوشبختانه دردسترس هم هست) چاپ شده، می پردازم:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781

اندازه گیری بر اساس داده های کامل (۸.۸ معکوس فمتو بارن) آشکارساز CDF در تواترون آزمایشگاه فرمی در آمریکاست. داده گیری آزمایش تواترون در سال ۲۰۱۱ یعنی یازده سال پیش تمام شده اما بررسی نتایج ناشی از همه داده ها تازه انجام گرفته. لازم به یادآوری است که تواترون برخورد دهنده پروتون آنتی پروتون بود با انرژی مرکز جرم اندکی کمتر از ۲ تراالکترون ولت (یک هفتم ال-ایچ-سی). قبلا نتایجی منتشر شده بود که بر اساس یک چهارم داده ها بود. این نتایج با نتایج قبلی تواترون همخوانی داره. پس چرا الان سر و صدا کرده؟! برای این که  الان خطای آزمایشی بسیار کمتر شده و با اطمینان بیشتری می شه اظهار داشت که اختلافی وجود داره. شکل ۵ مقاله را ببنید. به جز دلفی و ال-۳ (دو تا از دتکتورهای آزمایش لپ در سرن سویس که سال ۲۰۰۱ بسته شده تا جایش را به ال-ایچ-سی بده) بقیه اندازه گیری ها همه بیش از پیش بینی مدل استاندارد  هستند. در این مقاله  برای اندازه گیری جرم  دابلیو مدهای لپتونی واپاشی  دابلیو را در نظر می گیرند. یعنی واپاشی به میون و نوترینو و نیز واپاشی به الکترون و نوترینو. نوترینو به صورت انرژی و مومنتوم گمشده ظاهر می شه. خود نوترینو در این آشکارساز ها دیده نمی شه.

و اما «پیش بینی مدل استاندارد»! ثابت فرمی که ضریب جفت شدگی برهمکنش هسته ای ضعیف  است با دقت زیادی در آزمایش های انرژی پایین (نظیر واپاشی میون) اندازه گیری می شه. این ضریب  متناسب هست با معکوس توان دو جرم دابلیو .  ضریب تناسب را هم می شه به صورت توان دو بار الکترون  ضربدر سینوس یک زاویه ای نوشت. بار الکترون را که به دقت خیلی بالا از آزمایش های مختلف اندازه گرفته ایم. اون زاویه را هم از آزمایش های متعدد مستقلا می توان اندازه گرفت. پس به این ترتیب می شه جرم دابلیو را استخراج کرد. منظورشان از  «پیش بینی مدل استاندارد»، اینه.  رقمی که به این ترتیب به دست می آید اندکی کمتر از رقمی است که  نتایج اخیر آزمایش سی-دی-اف به ما می گه.

حالا اگر به جز ذره دابلیو (مجازی) ذره واسط دیگری  (ذره ای جدید و ناشناخته) به برهمکنش های ضعیف سهم بده، دیگه رابطه بین جرم دابلیو و ثابت فرمی که در بالا عرض کردم به هم می خوره. اگر سهم این ذره جدید مثبت باشه، جرم ذره دابلیو می تونه بزرگتر  باشه و تنش با اندازه گیری جدید از بین می ره.

مقالات زیادی هر روز در آرشیو مقالات ذرات ظاهر می شوند که ایده هایی از این دست را برای توضیح اختلاف با  «پیش بینی مدل استاندارد» مطرح می نمایند.