大型强子对撞机在揭示宇宙基本力方面取得里程碑式进展

在欧洲核子研究中心的广泛参与基础上，罗切斯特大学团队最近实现了对粒子物理标准模型的重要组成部分--电弱混合角的"难以置信的精确"测量。资料来源：塞缪尔-约瑟夫-赫佐格；朱利安-马里乌斯-奥尔丹

在探索宇宙奥秘的过程中，罗切斯特大学的研究人员数十年来一直参与欧洲核研究组织（通常称为欧洲核子研究中心）的国际合作。

在广泛参与欧洲核子研究中心（CERN）工作，特别是参与 CMS（紧凑渺子螺线管）合作项目的基础上，由乔治-帕克（George E. Pake）物理学教授阿里-博德克（Arie Bodek）领导的罗切斯特团队最近取得了突破性的里程碑成果。他们的成果集中于测量电弱混合角，这是粒子物理标准模型的一个重要组成部分。该模型描述了粒子如何相互作用，并精确预测了物理学和天文学中的大量现象。

博德克说："最近对电弱混合角的测量非常精确，它是通过欧洲核子研究中心的质子碰撞计算得出的，加强了人们对粒子物理学的理解。"

CMS合作组织汇集了来自全球各地的粒子物理学界人士，以更好地了解宇宙的基本规律。除博德克外，罗切斯特大学的 CMS 协作小组成员还包括首席研究员、物理学教授 Regina Demina 和物理学副教授 Aran Garcia-Bellido，以及博士后研究助理、研究生和本科生。

罗切斯特大学的研究人员作为紧凑渺子螺线管（CMS）协作组的成员，长期在欧洲核子研究中心工作，包括在 2012 年发现希格斯玻色子的过程中发挥了关键作用。资料来源：塞缪尔-约瑟夫-赫佐格；朱利安-马里乌斯-奥尔丹

欧洲核子研究中心位于瑞士日内瓦，是世界上最大的粒子物理实验室，以其突破性发现和尖端实验而闻名于世。

罗切斯特的研究人员长期在欧洲核子研究中心工作，是 CMS 协作小组的成员之一，包括在2012 年发现希格斯玻色子的过程中发挥了关键作用，这种基本粒子有助于解释宇宙中质量的起源。

该合作项目的工作包括收集和分析从欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的紧凑μ介子螺线管探测器收集到的数据，LHC是世界上最大、最强大的粒子加速器。大型强子对撞机由17英里长的超导磁体和加速结构组成，建在地下，横跨瑞士和法国边境。

大型强子对撞机的主要目的是探索物质的基本构成元素以及支配它们的力量。为此，它将质子或离子束加速到接近光速，并以极高的能量使它们相互撞击。这些碰撞再现了类似于宇宙大爆炸后几分之一秒的条件，使科学家能够研究粒子在极端条件下的行为。

19 世纪，科学家发现电和磁的不同作用力之间存在联系：变化的电场会产生磁场，反之亦然。这一发现构成了电磁学的基础，它将光描述为波，并解释了光学中的许多现象，同时还描述了电场和磁场如何相互作用。

在这一认识的基础上，物理学家在 20 世纪 60 年代发现电磁力与另一种力--弱力--有关。弱力在原子核内运行，负责放射性衰变和太阳能源生产等过程。这一发现促成了弱电理论的发展，弱电理论认为电磁力和弱力实际上是一种统一力的低能表现形式，这种统一力被称为统一弱电相互作用力。希格斯玻色子等重大发现证实了这一概念。

最近，欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的 CMS 协作小组通过分析数十亿次质子-质子对撞，完成了迄今为止与该理论相关的最精确测量之一。他们的重点是测量弱混合角，这是一个描述电磁力和弱力如何混合在一起产生粒子的参数。

以前对电弱混合角的测量曾在科学界引发争论。然而，最新的发现与粒子物理标准模型的预测非常吻合。罗切斯特大学研究生 Rhys Taus 和博士后助理研究员 Aleko Khukhunaishvili 采用新技术最大限度地减少了测量中固有的系统不确定性，从而提高了测量精度。

对弱混合角的理解揭示了宇宙中不同的力如何在最小尺度上共同作用，加深了对物质和能量基本性质的理解。博德克说："自2010年以来，罗切斯特团队一直在开发创新技术并测量这些电弱参数，然后在大型强子对撞机上实施这些技术。"这些新技术预示着对标准模型的预测进行精确测试的新时代已经到来。"

编译自/scitechdaily