Ce n’est pas le prochain boson de Higgspour le moment Mais la meilleure explication, say physicists, concerne des formes de matière et d’énergie qui ne sont actuellement pas connues de la science.

Il est de plus en plus évident qu’une minuscule particule subatomique semble désobéir aux lois connues de la physique, ont annoncé mercredi des scientifiques, une découverte qui ouvrirait un trou vaste et alléchant dans notre compréhension de l’univers.

The result, say physicists, suggère qu’il existe des formes de matière et d’énergie vitales pour la nature et l’évolution du cosmos qui ne sont pas encore connues de la science Le nouveau travail, they said, pourrait éventuellement conduire à des percées plus dramatiques que la découverte annoncée en 2012 du boson de Higgs, une particule qui imprègne d’autres particules de masse.

C’est le moment de l’atterrissage de notre rover sur Mars”, said Chris Polly, physicien au Laboratoire national des accélérateurs Fermi, ou Laboratoire Fermi, à Batavia, Ill., où la recherche est menée Il a travaillé sur le projet pendant la majeure partie de sa carrière

Dr Polly fait partie d’une équipe internationale de 200 physiciens de 35 institutions et sept pays qui ont mené une expérience au Laboratoire Fermi impliquant des muons, des particules subatomiques qui s’apparentent à des électrons mais beaucoup plus lourdes. Lorsque les muons ont été tirés à travers un champ magnétique intense, ils ne se sont pas comportés comme prévu, selon des prédictions théoriques précises.

Cette quantité que nous mesurons reflète les interactions du muon avec tout le reste de l’univers”, said Renee Fatemi, physicienne à l’Université du Kentucky. «This is strong evidence that the muon is sensitive to something that is not in our best theory”

Les résultats concordent avec des expériences similaires au Brookhaven National Laboratory en 2001 qui ont depuis taquiné les physiciens

“After 20 ans de personnes s’interrogeant sur ce mystère de Brookhaven, le titre de toute nouvelle ici est que nous avons confirmé les résultats expérimentaux de Brookhaven,” le Dr Polly a déclaré lors d’une conférence de presse mercredi

Il a montré un graphique affichant un espace blanc entre la prédiction théorique du comportement des muons et les nouvelles découvertes du Laboratoire Fermi «Nous pouvons dire avec une assez grande confiance, il doit y avoir quelque chose qui contribue à cet espace blanc», did he declare. “Quels monstres pourraient se cacher là-bas?”

Les chercheurs ont annoncé les premiers résultats de l’expérience, appelée Muon g-2, lors d’un séminaire virtuel et d’une conférence de presse mercredi. Les résultats sont également publiés dans un ensemble d’articles soumis aux lettres d’examen physique, à l’examen physique A, à l’examen physique D et aux accélérateurs et poutres d’examen physique.

«Today is an amazing day, long awaited not only by us, but by the entire international physics community», said Graziano Venanzoni, porte-parole de la collaboration et physicien à l’Institut national italien de physique nucléaire, in a press release. par Fermilab

Les mesures ont environ une chance sur 40 000 d’être un coup de chance, ont rapporté les scientifiques, un statut statistique appelé «42 sigma”C’est encore loin de l’étalon-or -” 5 sigma “, soit environ trois parties sur 10 millions – nécessaire pour revendiquer une découverte officielle selon les normes de la physique Les signaux prometteurs disparaissent tout le temps dans la science, mais d’autres données sont en route qui pourraient faire passer leur étude au-dessus. Les résultats de mercredi ne représentent que 6% du total des données que l’expérience sur les muons devrait recueillir dans les années à venir

Les données supplémentaires pourraient donner un coup de pouce majeur aux scientifiques désireux de construire la prochaine génération d’accélérateurs de particules coûteux

For decades, les physiciens se sont appuyés sur et ont été liés par une théorie appelée le modèle standard, une suite d’équations qui énumère les particules fondamentales de l’univers (17 selon le dernier décompte) et la façon dont elles interagissent. Il explique avec succès les résultats d’expériences sur des particules à haute énergie dans des endroits comme le Grand collisionneur de hadrons du CERN Mais le modèle laisse sans réponse des questions profondes sur l’univers, et la plupart des physiciens pensent qu’une riche mine de nouvelles physiques attend d’être trouvée, si seulement ils pouvaient voir de plus en plus loin.

Cela pourrait également conduire à des explications sur les types de mystères cosmiques et humains qui occupent les nuits agitées d’une espèce solitaire enfermée par un virus implacable Qu’est-ce que la matière noire exactement, la substance invisible qui, according to astronomers, représente un quart de l’univers en masse? Indeed, pourquoi y a-t-il de la matière dans l’univers?

On Twitter, les physiciens ont répondu avec un mélange d’enthousiasme et de prudence «Of course, il est possible que ce soit une nouvelle physique», a déclaré Sabine Hossenfelder, physicienne à l’Institut d’études avancées de Francfort. «Mais je ne parierais pas dessus

Fabiola Gianotti, la directrice générale du CERN, a adressé ses félicitations et a qualifié les résultats d ‘«intrigantsMarcela Carena, responsable de la physique théorique au Laboratoire Fermi, qui ne faisait pas partie de l’expérience, said:” Je suis très excitée J’ai l’impression que cette minuscule oscillation peut ébranler les fondations de ce que nous pensions savoir

Les muons sont une particule improbable pour occuper le devant de la scène en physique Parfois appelés «électrons gras», ils ressemblent aux particules élémentaires familières qui alimentent nos batteries, nos lumières et nos ordinateurs et tournent autour des noyaux des atomes; ils ont une charge électrique négative, et ils ont une propriété appelée spin, qui les fait se comporter comme de minuscules aimants Mais ils sont 207 fois plus massifs que leurs cousins ​​plus connus Ils sont également instables, se désintégrant radioactivement en électrons et en particules ultra-légères appelées neutrinos en 2.2 millionièmes de seconde

Le rôle que jouent les muons dans le schéma général de création reste un casse-têteQui a commandé ça?” le physicien de l’Université Columbia Ije Rabi a dit quand ils ont été découverts pour la première fois en 1936 Nowadays, les muons sont produits copieusement dans des endroits comme le grand collisionneur de hadrons lorsque des particules plus ordinaires s’écrasent ensemble à des énergies élevées.

Les muons ont récemment glissé sur le devant de la scène à cause d’une bizarrerie de la mécanique quantique, les règles non intuitives qui sous-tendent le royaume atomique Entre autres choses, la théorie quantique soutient que l’espace vide n’est pas vraiment vide mais bouillonne en fait de particules «virtual» qui volent dans et hors de l’existence.

Vous pourriez penser qu’il est possible qu’une particule soit seule au monde,” le Dr Polly a déclaré dans une déclaration biographique publiée par Fermilab «But in fact, ce n’est pas du tout solitaire En raison du monde quantique, nous savons que chaque particule est entourée d’un entourage d’autres particules

Cet entourage influe sur le comportement des particules existantes, notamment une propriété du muon appelée son moment magnétique, caractérisée en équations par un facteur appelé g Selon une formule dérivée en 1928 par Paul Dirac, physicien théoricien anglais et fondateur de la théorie quantique, le facteur g d’un muon solitaire devrait être de 2

Mais la formule doit être corrigée pour le bourdonnement quantique provenant de toutes les autres particules potentielles de l’univers Cela conduit le facteur g du muon à être supérieur à 2, d’où le nom de l’expérience: Muon g-2

La mesure dans laquelle g-2 s’écarte des prévisions théoriques est une indication de ce que l’univers est encore inconnucombien de monstres, comme le Dr Polly l’a dit, se cachent dans le noir pour que les physiciens découvrent

In 1998, des physiciens de Brookhaven ont entrepris d’explorer cette ignorance cosmique en mesurant réellement le g-2 et en le comparant à des prédictions. Le groupe comprenait le Dr Polly, alors étudiante diplômée; il a fait sa marque, quand les choses n’allaient pas bien, en découvrant que certains détecteurs délicats avaient été maculés d’empreintes digitales

In the experience, un accélérateur appelé Synchrotron à gradient alterné a créé des faisceaux de muons et les a envoyés dans un anneau de stockage de 15 meters wide, une piste de course géante contrôlée par des aimants supraconducteurs.

La valeur de g qu’ils ont obtenue était suffisamment en désaccord avec la prédiction du modèle standard pour exciter l’imagination des physiciensmais sans assez de certitude pour revendiquer une découverte solide De plus, les experts n’ont pas pu se mettre d’accord sur les prévisions exactes du modèle standard, ce qui embrouille encore plus l’espoir.

At the time, refaire l’expérience n’aurait pas augmenté suffisamment la précision pour justifier le coût, Dr Carena a déclaré, et en 2001, Brookhaven a retiré l’anneau de stockage de muons de 50 pieds L’univers a été laissé en suspens

Cela a ouvert un monde de possibilités,” le Dr Polly a rappelé dans son article biographique À ce moment-là, le Dr Polly travaillait au Fermilab; lui et ses collègues pourraient y refaire l’expérience g-2, avec plus de précision Il est devenu le chef de projet de l’expérience

Pour mener l’expérience, however, ils avaient besoin de l’hippodrome magnétique de 50 pieds de Brookhaven. Et donc en 2013, l’aimant a parcouru une odyssée de 3200 in what, principalement en barge, sur la côte est, autour de la Floride et sur le fleuve Mississippi, puis en camion à travers l’Illinois jusqu’à Batavia, domicile du Fermilab.

L’aimant ressemblait à une soucoupe volante, et il a attiré l’attention car il a été conduit vers le sud à travers Long Island à 10 miles per hour «J’ai marché et j’ai parlé aux gens de la science que nous faisionsle Dr Polly a écrit «Le déplacer à travers la banlieue de Chicago jusqu’au Fermilab a offert une autre chance de sensibilisation Il est resté plus d’une nuit dans un parking Costco Plus d’un millier de personnes sont venues le voir et ont entendu parler de la science

L’expérience a démarré en 2018 avec un faisceau de muons plus intense et l’objectif de compiler 20 fois plus de données que la version Brookhaven

Meanwhile, in 2020, a group of 170 experts connu sous le nom de Muon g-2 Theory Initiative a publié une nouvelle valeur consensuelle de la valeur théorique du moment magnétique du muon, basée sur trois ans d’ateliers et de calculs utilisant le modèle standard Cette réponse a renforcé l’écart initial signalé par Brookhaven

Jointe par téléphone lundi, Aida X El-Khadra, physicien à l’Université de l’Illinois et coprésident de la Muon g-2 Theory Initiative, a déclaré qu’ils attendaient ce résultat depuis longtemps.

Le jour de l’annonce du Laboratoire Fermi, un autre groupe, utilisant une technique différente connue sous le nom de calcul en treillis pour calculer le moment magnétique du muon, a obtenu une réponse différente de celle du Dr Groupe d’El-Khadra

“Yes, nous affirmons qu’il n’y a pas de divergence entre le modèle standard et le résultat de Brookhaven, pas de nouvelle physique”, a déclaré Zoltan Fodor de la Pennsylvania State University, l’un des auteurs d’un rapport publié mercredi dans Nature. entretien, ajoutant une nouvelle note d’incertitude à la procédure

Dr El-Khadra l’a qualifié decalcul étonnant. Les nouveaux calculs de treillis, did she say, devaient être vérifiés par rapport à des travaux indépendants d’autres groupes pour éliminer la possibilité d’erreurs systématiques.

Le Laboratoire Fermi a dû s’adapter à une autre ride Pour éviter les préjugés humainset pour éviter tout trucageles expérimentateurs se sont engagés dans une pratique, appelée aveuglement, qui est commune aux grandes expériences Dans ce cas, l’horloge maîtresse qui garde la trace de l’oscillation des muons avait été réglée à un taux inconnu des chercheurs. La figurine a été scellée dans une paire d’enveloppes qui ont été enfermées dans le bureau de Joe Lykken, directeur adjoint de la recherche au Fermilab, et à l’Université de Washington à Seattle.

Lors d’une cérémonie en février 25 qui a été enregistré sur vidéo et regardé dans le monde entier sur Zoom, Dr Polly a ouvert l’enveloppe du Fermilab et David Hertzog de l’Université de Washington a ouvert l’enveloppe de Seattle Le nombre à l’intérieur a été entré dans une feuille de calcul, fournissant une clé pour toutes les données, et le résultat est sorti en un chœur de wows

«Cela a vraiment conduit à un moment vraiment excitant, car personne dans la collaboration ne connaissait la réponse avant le même moment», a déclaré Saskia Charity, une stagiaire postdoctorale du Fermilab qui travaillait à distance depuis Liverpool, in England, during the pandemic.

La première réaction, she remembers, était la fierté d’avoir réussi à effectuer une mesure aussi difficile La seconde était que les résultats de Fermilab correspondaient aux résultats précédents de Brookhaven C’était une excellente nouvelle pour les physiciens qui craignaient que le résultat de Brookhaven ne soit une anomalie qui s’évaporerait avec plus de données.

Cela semble être une confirmation que Brookhaven n’était pas un hasard,” le Dr Carena, la théoricienne, said «Ils ont une réelle chance de briser le modèle standard

L’anomalie du muon, ont déclaré les physiciens, leur a maintenant donné des idées sur la façon de rechercher de nouvelles particules Dr Lykken et Dr Arkani-Hamed a noté que parmi les candidats potentiels se trouvaient des particules suffisamment légères pour être à la portée du grand collisionneur de hadrons ou de son successeur projeté. Indeed, certaines ont peut-être déjà été enregistrées mais sont si rares qu’elles ne sont pas encore sorties du blizzard de données enregistrées par l’instrument

Une autre possibilité, défendue par Dan Hooper et Gordan Krnjaic, tous deux de Fermilab, est une particule légère appelée Z-prime; son existence pourrait également expliquer pourquoi le cosmos semble s’étendre un peu plus vite que les modèles cosmologiques standards ne le prédisent Tout Z-prime se serait désintégré en particules plus légères appelées neutrinos au début du Big Bang, pompant de l’énergie supplémentaire dans l’expansion cosmique et lui donnant un coup de pouce avant de disparaître.

Dr Krnjaic a déclaré que le résultat du G-2 pourrait définir l’agenda de la physique des particules pour la prochaine générationSi la valeur centrale de l’anomalie observée reste fixe, les nouvelles particules ne peuvent pas se cacher éternellement”, did he declare. «Nous en apprendrons beaucoup plus sur la physique fondamentale à l’avenir

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News – United States – Les résultats de la recherche sur les particules pourraient réécrire les lois connues de la physique

Source: https://www.nytimes.com/2021/04/07/science/particle-physics-muon-fermilab-brookhaven.html

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