大型ハドロン衝突型加速器で宇宙の基本的な力を明らかにするという歴史的な成果

CMS コラボレーションと協力して取り組んでいるロチェスター大学の研究者 ケルン私たちは電弱混合角度の測定において大幅な進歩を遂げ、素粒子物理学の標準モデルの理解を進めました。

彼らの研究は、宇宙の基本的な力を説明するのに役立ち、その後に起こったのと同様の状況を掘り下げる大型ハドロン衝突型加速器での実験などによって裏付けられています。 大爆発。

宇宙の秘密を明らかにする

宇宙の秘密を解読する探求において、ロチェスター大学の研究者たちは、CERNとして知られる欧州原子核研究機関での国際共同研究に数十年にわたって携わってきました。

CERN での広範な関与、特に CMS (コンパクト ミューオン ソレノイド) コラボレーションにおけるロチェスター チーム (アリ ブデック、ジョージ E. Buck – 最近の画期的な成果。 彼らの成果は、素粒子物理学の標準モデルの基本要素である電弱混合角の測定に焦点を当てています。 このモデルは、粒子がどのように相互作用するかを説明し、物理学や天文学における幅広い現象を正確に予測します。

「電弱力の混合角度の最近の測定は、CERN での陽子衝突から計算されたものであるため、信じられないほど正確であり、素粒子物理学の理解を前進させます」とバディック氏は言います。

の コンテンツ管理システムでのコラボレーション CMS コラボレーションには、宇宙の基本法則をより深く理解するために、世界中の素粒子物理学コミュニティのメンバーが集まります。 CMS コラボレーション プロジェクトのロチェスター グループには、ボデック氏に加えて、主任研究員である物理学教授のレジーナ デミナ氏と物理学准教授のアラン ガルシア ベリド氏、そしてポスドク研究員、大学院生および学部生が含まれています。

ロチェスター大学の研究者には、2012 年のヒッグス粒子の発見で重要な役割を担うなど、コンパクト ミュオン ソレノイド (CMS) コラボレーションの一環として CERN で働いてきた長い歴史があります。著作権: Samuel Joseph Herzog; ジュリアン・マリウス・ウルダン

CERN における発見とイノベーションの遺産

スイスのジュネーブにある CERN は世界最大の素粒子物理学研究所であり、先駆的な発見と最先端の実験で知られています。

ロチェスターの研究者には、CMS コラボレーションの一環として CERN で働いてきた長い歴史があり、これには重要な役割を果たしています… 2012年にヒッグス粒子を発見– 宇宙の質量の起源を説明するのに役立つ素粒子。

この共同作業には、世界最大かつ最も強力な粒子加速器であるCERNの大型ハドロン衝突型加速器に組み込まれたミュオンソレノイド検出器から収集されたデータの収集と分析が含まれます。 LHC は、地下に建設された超電導磁石と加速器構造の全長 27 マイルのリングで構成され、スイスとフランスの国境に沿って伸びています。

LHC の主な目的は、物質の基本的な構成要素とそれらを支配する力を調査することです。 これは、陽子またはイオンのビームを光速近くまで加速し、非常に高いエネルギーで互いに衝突させることによって実現されます。 これらの衝突は、ビッグバンの数ミリ秒後に存在した状況と同様の状況を再現するため、科学者は極端な状況下での粒子の挙動を研究することができます。

統一軍の解体

19 世紀に科学者たちは、電気と磁気のさまざまな力が相互に関連していることを発見しました。変化する電界は磁界を生成し、その逆も同様です。 この発見は、光を波として説明し、電界と磁界がどのように相互作用するかを説明するとともに、光学における多くの現象を説明する電磁気学の基礎を形成しました。

この理解を基にして、1960 年代の物理学者は、電磁気は別の力、つまり弱い力に関連していることを発見しました。 弱い力は原子核内で作用し、放射性崩壊や太陽のエネルギー生成などのプロセスに関与します。 この発見は電弱理論の発展につながり、電磁気と弱い力は実際には統一電弱相互作用と呼ばれる統一された力の低エネルギーの現れであると仮定します。 ヒッグス粒子などの重要な発見は、この概念を裏付けています。

電弱相互作用の発展

CMS チームは最近、CERN の大型ハドロン衝突型加速器での数十億個の陽子の衝突を分析することにより、この理論についてこれまでで最も正確な測定の 1 つを行いました。 彼らは、電磁気と弱い力がどのように混合して粒子を形成するかを説明するパラメータである弱い混合角度を測定することに焦点を当てました。

電弱混合角度の以前の測定は、科学界内で論争を引き起こしました。 しかし、最新の結果は素粒子物理学の標準モデルからの予測とほぼ一致しています。 ロチェスターの大学院生ライス・タウス氏と博士研究員アリコ・コホニシビリ氏は、この測定に内在する方法論上の不確実性を軽減し、精度を高めるための新しい技術を導入した。

弱い混合角を理解することで、宇宙のさまざまな力が最小スケールでどのように連携するのかが明らかになり、物質とエネルギーの基本的な性質についての理解が深まります。

「ロチェスターのチームは、2010 年以来、革新的な技術を開発し、これらの電弱パラメーターを測定し、大型ハドロン衝突型加速器に実装してきました。」とバディック氏は言います。「これらの新しい技術は、標準モデル予測の精度テストの新時代の到来を告げています。」

CMS コラボレーションは、欧州原子核研究機構 (CERN) の大型ハドロン衝突型加速器でのコンパクト ミュオン ソレノイド (CMS) 実験を担当する国際的な科学コラボレーションです。 この共同研究には、200 以上の機関、50 か国から 4,000 人以上の科学者が集まり、2012 年の有名なヒッグス粒子の発見を含む、粒子と基本的な力を探求する高エネルギー物理学の研究が行われます。