Die große Erklärung, die Physiker verwenden, um zu beschreiben, wie das Universum funktioniert, könnte einige große neue Fehler aufweisen, die behoben werden müssen, nachdem festgestellt wurde, dass ein Elementarteilchen mehr Masse hat, als Wissenschaftler dachten.
„Es ist nicht nur etwas falsch“, sagte Dave Toback, Teilchenphysiker an der Texas A&M University und Sprecher des Fermi National Accelerator Lab der US-Regierung, das die Experimente durchführte. Wenn es von anderen Labors repliziert wird, „bedeutet es buchstäblich, dass etwas Grundlegendes in unserem Verständnis der Natur falsch ist.“
Die Physiker des Labors ließen über zehn Jahre Teilchen zusammenprallen und maßen die Masse von 4 Millionen W-Bosonen. Diese subatomaren Teilchen sind für eine fundamentale Kraft im Zentrum von Atomen verantwortlich, und sie existieren nur für den Bruchteil einer Sekunde, bevor sie in andere Teilchen zerfallen.
„Sie tauchen ständig im Quantenschaum des Universums auf und wieder auf“, sagte Toback.
Der Massenunterschied zu dem, was die vorherrschende Theorie des Universums vorhersagt, ist zu groß, um ein Rundungsfehler oder irgendetwas zu sein, das leicht wegerklärt werden könnte, so die Studie eines Teams von 400 Wissenschaftlern aus der ganzen Welt, die am Donnerstag in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde .
Das Ergebnis ist so außergewöhnlich, dass es durch ein weiteres Experiment bestätigt werden muss, sagen Wissenschaftler. Sollte dies bestätigt werden, würde dies eines der bisher größten Probleme mit dem detaillierten Regelwerk der Wissenschaftler für den Kosmos darstellen, das als The bezeichnet wird Standardmodell.
Der Physiker Ashutosh V. Kotwal von der Duke University, der Projektleiter für die Analyse, sagte, es sei, als würde man entdecken, dass es in Ihrem Haus einen versteckten Raum gibt.
Wissenschaftler spekulierten, dass es möglicherweise ein unentdecktes Teilchen gibt, das mit dem W-Boson interagiert, was den Unterschied erklären könnte. Vielleicht könnte Dunkle Materie, eine weitere kaum verstandene Komponente des Universums, eine Rolle spielen. Oder vielleicht gibt es nur neue Physik, die sie im Moment einfach nicht verstehen, sagten die Forscher.
Das Standardmodell besagt, dass ein W-Boson 80.357.000 Elektronenvolt messen sollte, plus oder minus sechs.
„Wir haben etwas mehr als das gefunden. Nicht so viel, aber es reicht“, sagte Giorgio Chiarelli, ein weiterer Wissenschaftler des Fermi-Teams und Forschungsdirektor des italienischen Nationalinstituts für Kernphysik. Die Skala des Fermi-Teams brachte das W-Boson auf kräftigere 80.433.000 Elektronenvolt, plus oder minus neun.
Es scheint kein großer Unterschied zu sein, aber es ist ein riesiger in der subatomaren Welt.
Aber sowohl das Team als auch Experten, die nicht an der Forschung beteiligt waren, sagten, dass eine so große Behauptung zusätzliche Beweise von einem zweiten Team erfordert, die sie noch nicht haben.
„Es ist eine unglaublich heikle Messung, sie erfordert das Verständnis verschiedener Kalibrierungen verschiedener kleiner Effekte“, sagte Claudio Campagnari, ein Teilchenphysiker an der University of California Santa Barbara, der nicht Teil des Fermi-Teams war. „Diese Jungs sind wirklich gut. Und ich nehme sie sehr ernst. Aber ich denke, am Ende des Tages brauchen wir eine Bestätigung durch ein weiteres Experiment.“
Frühere, weniger genaue Messungen des W-Bosons durch andere Teams ergaben, dass es leichter ist als vorhergesagt, also „ist dieses Experiment vielleicht nur etwas wackelig“, sagte Caltech-Physiker Sean M. Carroll, der nicht an der Forschung beteiligt war und sagte, es sei „absolut ernst zu nehmen“.
Der Befund ist wichtig wegen seiner potenziellen Auswirkung auf das Standardmodell der Physik.
„Die Natur hat Fakten“, sagte Dukes Kotwal. „Das Modell ist die Art und Weise, wie wir diese Fakten verstehen.“
Wissenschaftler wissen seit langem, dass das Standardmodell nicht perfekt ist. Es erklärt dunkle Materie oder Schwerkraft nicht gut. Wenn Wissenschaftler hineingehen und daran basteln müssen, um diese Ergebnisse zu erklären, müssen sie sicherstellen, dass mathematische Gleichungen, die jetzt andere Teilchen und Kräfte gut erklären und vorhersagen, nicht aus dem Gleichgewicht geraten, sagten die Forscher.
Es ist ein wiederkehrendes Problem mit dem Modell. Vor einem Jahr fand ein anderes Team ein weiteres Problem mit dem Standardmodell und der Reaktion von Myonen.
„Quantenmechanik ist wirklich schön und seltsam“, sagte Toback. „Jeder, der sich nicht tief mit der Quantenmechanik beschäftigt hat, hat sie nicht verstanden.“
AV Kotwal, Hochpräzise Messung der W-Boson-Masse mit dem CDF II-Detektor, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abk1781. www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781
© 2022 The Associated Press. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Material darf ohne Genehmigung nicht veröffentlicht, gesendet, umgeschrieben oder weiterverbreitet werden.