Sebuah pencapaian bersejarah dalam mengungkap kekuatan fundamental alam semesta di Large Hadron Collider

Para peneliti di Universitas Rochester bekerja sama dengan Kolaborasi CMS CERNtelah membuat kemajuan besar dalam mengukur sudut pencampuran elektrolemah, sehingga meningkatkan pemahaman kita tentang Model Standar fisika partikel.

Pekerjaan mereka membantu menjelaskan kekuatan fundamental alam semesta, didukung oleh eksperimen seperti yang dilakukan di Large Hadron Collider yang menyelidiki kondisi serupa dengan yang terjadi setelah Big Bang. ledakan besar itu.

Temukan rahasia kosmik

Dalam upaya mengungkap rahasia alam semesta, para peneliti dari Universitas Rochester telah terlibat selama beberapa dekade dalam kolaborasi internasional di Organisasi Penelitian Nuklir Eropa, yang lebih dikenal sebagai CERN.

Berdasarkan keterlibatan mereka yang luas di CERN, khususnya dalam kolaborasi CMS (Compact Solenoid), tim Rochester – dipimpin oleh Ari Budek, Profesor Fisika di George E. Buck – baru-baru ini merupakan pencapaian perintis. Prestasi mereka berpusat pada pengukuran sudut pencampuran elektrolemah, yang merupakan komponen penting dari Model Standar fisika partikel. Model ini menjelaskan bagaimana partikel berinteraksi dan secara akurat memprediksi sejumlah besar fenomena dalam fisika dan astronomi.

“Pengukuran sudut pencampuran gaya elektrolemah baru-baru ini sangatlah akurat, karena dihitung dari tumbukan proton di CERN, dan hal ini memajukan pemahaman fisika partikel,” kata Budick.

itu Kolaborasi dalam sistem manajemen konten Kolaborasi CMS mempertemukan anggota komunitas fisika partikel dari seluruh dunia untuk lebih memahami hukum dasar alam semesta. Selain Bodek, kelompok Rochester dalam proyek Kolaborasi CMS mencakup peneliti utama Regina DeMina, profesor fisika, dan Aran Garcia Bellido, profesor fisika, bersama dengan rekan peneliti pascadoktoral serta mahasiswa pascasarjana dan sarjana.

Peneliti Universitas Rochester memiliki sejarah panjang bekerja di CERN sebagai bagian dari Kolaborasi Compact Muon Solenoid (CMS), termasuk memainkan peran penting dalam penemuan Higgs boson pada tahun 2012. Hak Cipta: Samuel Joseph Herzog; Julian Marius Urdan

Warisan penemuan dan inovasi di CERN

Terletak di Jenewa, Swiss, CERN adalah laboratorium fisika partikel terbesar di dunia dan terkenal dengan penemuan perintis dan eksperimen mutakhirnya.

Peneliti Rochester memiliki sejarah panjang bekerja di CERN sebagai bagian dari kolaborasi CMS, termasuk memainkan peran penting dalam kolaborasi ini Penemuan Higgs boson 2012– Partikel elementer yang membantu menjelaskan asal usul massa di alam semesta.

Pekerjaan kolaborasi ini mencakup pengumpulan dan analisis data yang dikumpulkan dari detektor solenoid muon yang dibangun di Large Hadron Collider CERN, akselerator partikel terbesar dan terkuat di dunia. LHC terdiri dari cincin magnet superkonduktor sepanjang 17 mil dan struktur akselerator yang dibangun di bawah tanah dan membentang di sepanjang perbatasan antara Swiss dan Prancis.

Tujuan utama LHC adalah untuk mengeksplorasi unsur-unsur dasar materi dan kekuatan yang mengaturnya. Hal ini dicapai dengan mempercepat berkas proton atau ion hingga mendekati kecepatan cahaya dan bertabrakan satu sama lain pada energi yang sangat tinggi. Tabrakan ini menciptakan kembali kondisi serupa dengan yang terjadi beberapa milidetik setelah Big Bang, sehingga memungkinkan para ilmuwan mempelajari perilaku partikel dalam kondisi ekstrem.

Membongkar kekuatan yang bersatu

Pada abad ke-19, para ilmuwan menemukan bahwa perbedaan kekuatan listrik dan magnet saling berkaitan: perubahan medan listrik menghasilkan medan magnet dan sebaliknya. Penemuan ini menjadi dasar elektromagnetisme, yang menggambarkan cahaya sebagai gelombang dan menjelaskan banyak fenomena di bidang optik, serta menjelaskan bagaimana medan listrik dan medan magnet berinteraksi.

Berdasarkan pemahaman ini, fisikawan pada tahun 1960an menemukan bahwa elektromagnetisme berkaitan dengan gaya lain – gaya lemah. Gaya lemah beroperasi di dalam inti atom dan bertanggung jawab atas proses seperti peluruhan radioaktif dan memicu produksi energi di Matahari. Penemuan ini mengarah pada pengembangan teori elektrolemah, yang menyatakan bahwa elektromagnetisme dan gaya lemah sebenarnya merupakan manifestasi energi rendah dari gaya terpadu yang disebut interaksi elektrolemah terpadu. Penemuan penting, seperti Higgs boson, telah mengkonfirmasi konsep ini.

Kemajuan dalam interaksi elektrostatik lemah

Kolaborasi CMS baru-baru ini melakukan salah satu pengukuran paling tepat hingga saat ini terhadap teori ini, dengan menganalisis miliaran tumbukan proton di Large Hadron Collider (LHC) di CERN. Fokus mereka adalah mengukur sudut pencampuran lemah, sebuah parameter yang menggambarkan bagaimana elektromagnetisme dan gaya lemah bercampur membentuk partikel.

Pengukuran sudut pencampuran elektrolemah sebelumnya telah memicu kontroversi dalam komunitas ilmiah. Namun, hasil terbaru ini selaras dengan prediksi Model Standar fisika partikel. Mahasiswa pascasarjana Rochester Rhys Towse dan rekan peneliti pascadoktoral Aliko Khokhonishvili menerapkan teknik baru untuk mengurangi ketidakpastian metodologis yang melekat dalam pengukuran ini dan meningkatkan akurasinya.

Memahami sudut percampuran yang lemah memberikan pencerahan tentang bagaimana berbagai gaya di alam semesta bekerja sama dalam skala terkecil, sehingga memperdalam pemahaman tentang sifat dasar materi dan energi.

“Tim Rochester telah mengembangkan teknik inovatif dan mengukur parameter elektrolemah ini sejak tahun 2010 dan kemudian menerapkannya di Large Hadron Collider,” kata Budick. “Teknik baru ini menandai era baru pengujian akurasi prediksi Model Standar.”