La physique des particules est un domaine des extrêmes. Les balances ont toujours 10vraiment grand nombre associée. Certains résultats de l’expérience LHCb (Large Hadron Collider Beauty) ont récemment été rapportés qui sont statistiquement significatifs, et ils peuvent avoir des implications profondes pour le modèle standard, mais il pourrait aussi s’agir simplement d’une anomalie numérique, et nous ne parviendrons pas à trouver dehors pendant un moment. Plongeons-nous dans les bases des particules quantiques, au cas où votre éducation primaire serait un peu rouillée.

Tout commence lorsqu’une particule aime beaucoup une autre particule et qu’elle est attirée l’une par l’autre, mais ensuite les choses bougent trop vite, et tout d’un coup elles tournent en rond dans des directions opposées, puis elles se désagrègent de façon catastrophique …

Le modèle standard

Dans les années 1970, les physiciens ont commencé à se regrouper autour d’une chose appelée le modèle standard, qui est similaire au tableau périodique des éléments, mais à une échelle beaucoup plus petite. Il décrit les particules qui composent les protons, les neutrons et les électrons (qui à leur tour composent les atomes) et les forces qui agissent sur eux. Le modèle standard a résisté à la plupart des expériences jusqu’à présent, mais celle du début de l’année peut jeter un petit coup de fouet à cela.

Le modèle standard réutilise un grand nombre de mots préexistants de manière déroutante, alors décomposons-le un peu de (relativement) grand à petit.

  • Une molécule est composée d’atomes.
  • Un atome est constitué de protons et de neutrons entourés d’électrons.
  • Les protons et les neutrons sont appelés particules composites car ils sont constitués de particules élémentaires plus petites.
  • Les protons et les neutrons sont constitués de combinaisons de quarks. Il existe d’autres particules composites, et en général ces particules constituées de combinaisons de quarks sont appelées hadrons.
  • Il existe 6 types de quarks différents, nommés: haut / bas, charme / étrange, haut / bas. Les combinaisons de quarks haut et bas constituent les protons et les neutrons.
  • En plus des quarks, il existe une autre classe de particules appelée lepton. Les leptons peuvent avoir une charge, comme un électron, ou ils ne peuvent pas avoir une charge, comme un neutrino.

Outre la classification de ces minuscules particules, le modèle standard décrit également comment les forces fondamentales interagissent. Il y en a 4; électromagnétisme, nucléaire fort et nucléaire faible. La gravité est le quatrième, mais le modèle standard n’aime pas parler de ce mouton noir d’une force, et le laisse intentionnellement comme un espace vide, un exercice pour le lecteur (ou un concierge de Good Will Hunting it). Un jour, soit la force de gravité sera incorporée dans le modèle standard, soit un nouveau modèle émergera qui expliquera l’univers mieux que le modèle standard ET incorpore la gravité, mais jusqu’à ce que cela se produise, des mouvements de main se produiront. En outre, la gravité fonctionne à une échelle tellement plus grande que les trois autres, que son effet sur l’échelle des particules subatomiques est considéré comme négligeable. * hausser les épaules * Je ne fais que répéter ce que disent les physiciens.

Suivez l’actualité de Bosons and Mesons

Le fonctionnement des forces se fait avec des particules porteuses de force, une catégorie appelée bosons. Il y a quelques sous-catégories ici, car différents bosons sont responsables des différentes forces. Les photons et les gluons en font partie, ainsi que le boson de Higgs récemment découvert, qui a été théorisé il y a longtemps comme une exigence pour le fonctionnement du modèle standard, de sorte que les physiciens ont poussé un soupir collectif de soulagement quand il a finalement été trouvé. Il y a aussi un graviton théorisé qui serait le porteur de force de la gravité, mais il n’a pas encore été découvert … (en vous regardant, Matt Damon).

Particules du modèle standard (cliquez pour agrandir).
[CC-BY Carsten Burgard]

Il y a encore une sorte de mot-clé drôle à connaître, et c’est le méson. C’est une particule composée de quarks et d’antiquarks (ce qui fait des mésons un sous-ensemble de hadrons), et lesquels et combien conduisent à un grand nombre de variantes différentes. Les mésons sont très instables et durent moins d’une microseconde, se désintégrant en diverses combinaisons d’autres types de particules.

Dégager?

L’expérience

Des particules aussi petites sont impossibles à mesurer directement, c’est pourquoi nous avons le grand collisionneur de hadrons. Si l’on essayait de faire de l’ingénierie inverse sur un gâteau, on pourrait le prendre en photo, faire une analyse spectrale, peut-être même le goûter. Ce ne sont pas des options au niveau subatomique. Au lieu de cela, le LHC fait bouger les particules très rapidement, puis les frappe les unes contre les autres. Les bits qui résultent de ces collisions ont beaucoup d’énergie à dissiper, ce qui les amène à interagir avec les champs électromagnétiques de manière minuscule mais mesurable. À partir de ces collisions, nous pouvons travailler à rebours pour découvrir les secrets de l’univers, de la même manière que lancer une grenade sur un gâteau et analyser le motif de pulvérisation pourrait vous permettre de déterminer si le glaçage était de la crème au beurre ou du fondant.

Dans l’expérience annoncée récemment (pdf du papier), il y avait une différence dans la façon dont une variante particulière, le méson B (qui n’est pas une seule variante mais toute une classe de variantes), se désintégrait. Le modèle standard dit que les leptons se comportent tous de la même manière et sont identiques en tous points à l’exception de leur masse. Ainsi, lorsque le LHC a frappé un tas de particules ensemble (en particulier les protons contre les protons) et mesuré les désintégrations du méson B, ils ont théorisé que la soupe subatomique qui en résultait contiendrait des parties égales d’électrons et de muons. Au lieu de cela, ils ont trouvé 15% de muons en moins que prévu.

Ils ne pouvaient pas exactement regarder l’étiquette nutritionnelle, alors ils se demandent si ce qu’ils ont trouvé était un hasard ou si la recette était fausse. Si c’est le premier, alors il aura battu la cote de 3 sigma (ce qui correspond à 1 chance sur 740 d’un coup de chance). En physique des particules, c’est simplement intéressant, car ce n’est pas un exposant assez grand pour les satisfaire. Si c’est le dernier, cela signifie de grandes choses pour le modèle standard. Cela pourrait signifier soit des révisions du modèle standard, soit peut-être comprendre s’il y a une différence entre les leptons (autre que leur masse seule), mettant fin à ce que l’on appelait auparavant l’universalité des leptons.

Malheureusement, la machine d’essai, tout comme une machine à crème glacée McDonald’s, est en cours de maintenance, nous devrons donc attendre 2022 avant que le LHC amélioré puisse fournir des mésons glacés et nous donner une réponse sur le modèle standard.

Tromper moi une fois, eh bien, continue de me tromper

Qualifier ce sourcil intéressant plutôt que terriblement incroyable est une réponse appropriée, car nous ne sommes pas étrangers aux taquineries des physiciens. Il y a eu un certain nombre d’anomalies au cours de la dernière décennie dans la physique des particules qui ont toutes été annulées au fur et à mesure que davantage de données sont arrivées. Il y a une grande différence entre une anomalie de 3 sigma et une découverte de 5 sigma (1: 3,5 millions), et nous ‘ J’ai déjà été séduit par cela. Peut-être vous souvenez-vous en 2011 des neutrinos superluminaux qui se sont avérés être un câble à fibre optique mal attaché. En 2015, il y a eu l’augmentation de 750 GeV avec une signification de 3,9 qui a fini par être une fluctuation statistique l’année suivante lorsque les données ont été à nouveau collectées. En 2016, il y avait une anomalie avec le méson B qui semble également s’être estompée.

Chacune de ces anomalies conduit à des centaines d’articles et de théorisations et à de nouveaux types de physique jusqu’à ce que le prochain ensemble de données les envoie dans les déchiqueteuses pour faire de la pâte pour la prochaine série de documents, et la machine continue, les journalistes siphonnant les gros titres de ces articles. et tirer des conclusions folles sur la vitesse de la chaîne, le voyage dans le temps et de nouvelles particules comme le Leadingmeon.

Et pourtant, les progrès en avant continuent de se produire, lentement et scientifiquement méthodiquement, alors que nous nous dirigeons vers la compréhension du fonctionnement de l’univers. Peut-être que dans les décennies à venir, ils riront de notre pittoresque modèle standard comme nous regardons les quatre éléments de la Terre, du vent, de l’air et du feu, mais nous en serons arrivés là en nous déplaçant là où nous en sommes aujourd’hui, alors je Je vais continuer à lire à ce sujet et à hocher la tête comme si je fais semblant de comprendre de quoi ils parlent, et je respecterai la complexité du processus de mesure des choses si petites. Après tout, mon travail quotidien en tant qu’ingénieur électricien consiste à faire bouger les électrons d’une manière inconcevable il y a un siècle; peut-être que la découverte de la non-universalité du lepton conduira éventuellement à la chute d’Amazon et d’Uber.