W bozonui sukanka 40 metų | CERN


Šiandien prieš keturiasdešimt metų CERN fizikai paskelbė pasauliui, kad jie atrado elektra įkrautą silpnosios jėgos, vienos iš keturių pagrindinių gamtos jėgų, nešiklį.

Lygiai prieš keturis dešimtmečius šiandien, 1983 m. sausio 25 d., CERN fizikai paskelbė pasauliui, kad pastebėjo naują elementariąją dalelę – W bozoną. Kartu su savo elektriškai neutraliu atitikmeniu Z bozonu, kuris buvo atrastas vėliau tais pačiais metais, elektra įkrautas W bozonas tarpininkauja silpnajai jėgai, vienai iš keturių pagrindinių gamtos jėgų.

Dėl šios jėgos W bozonas įgalina Saulę maitinančią branduolių sintezės reakciją, be kurios mums žinoma gyvybė nebūtų įmanoma. W bozonas taip pat yra atsakingas už radioaktyvumo formą, vadinamą radioaktyviuoju beta skilimu, kuri plačiai naudojama medicinoje.

W bozono atradimas buvo idėjos, kurią 1976 m. pasiūlė Carlo Rubbia, Peteris McIntyre’as ir Davidas Cline’as, rezultatas. Fizikų trijulė pasiūlė didžiausią tuo metu CERN greitintuvą Super Proton Synchrotron (SPS) iš protonų greitintuvo paversti mašina, kad protonai ir antiprotonai (protonų antimedžiagos ekvivalentai) susidurtų esant pakankamai didelei energijai, kad susidarytų W ir Z bozonai. Kartu su išradinga Simono van der Meero „stochastinio aušinimo“ technika, kuri leido sumažinti protono, o vėliau ir antiprotoninio pluošto dydį bei padidinti tankį, ši drąsi idėja leido atlikti UA1 ir UA2 eksperimentus, kurie buvo sukurti aplink konvertuotas SPS, kad pradėtų medžioti W ir Z bozonus 1981 m.

Po dvejų metų seminare 1983 m. sausio 20 d., vykusiame CERN pagrindinėje auditorijoje, Rubbia, UA1 bendradarbiavimo atstovas, atskleista šeši galimi W bozono susidūrimo įvykiai. Kitą popietę Luigi Di Lella iš UA2 bendradarbiavimo pristatė keturis kandidatus W renginius ir 1983 m. sausio 25 d. CERN pristatyta pasauliui žinia apie naujos dalelės atradimą.

Ir jei to nepakako norint pasidžiaugti ir vainikuoti konvertuoto SPS sėkmę, po kelių mėnesių W bozono atradimas buvo atliktas Z bozonaskurio netiesioginiai įrodymai buvo gauti prieš dešimtmetį CERN Gargamelle burbulų kameroje.

W ir Z bozonų stebėjimai dar labiau patvirtino elektrosilpnos sąveikos teoriją, kuri suvienija elektromagnetines ir silpnąsias jėgas ir reikalauja, kad egzistuotų Higso bozonas, kuris buvo rastas Didžiajame hadronų greitintuve (LHC) 2012 m. Sukurtas 1960 m. pateikė Sheldonas Glashowas, Abdusas Salamas ir Stevenas Weinbergas ir sucementuotas aštuntajame dešimtmetyje Gerard’t Hooft ir Martinus Veltmanši teorija dabar yra standartinio dalelių fizikos modelio kertinis akmuo.

W ir Z atradimai buvo pripažinti su 1984 Nobelio fizikos premija Rubbia ir Van der Meer, ir padėjo apsisaugoti nuo sprendimo sukurti kitą didelį CERN greitintuvą – Didįjį elektronų ir pozitronų greitintuvą (LEP), kuris toliau išsamiai ištyrė W ir Z bozonus.

Praėjus keturiasdešimčiai metų ir po daugelio tyrimų LEP ir kituose susidūrimuose, įskaitant LHC, W ir Z bozonai ir toliau rodo savo juosteles ir suteikia fizikams naujų būdų, kaip ištirti medžiagos savybes ir elgesį mažiausiu mastu.

Norėdami pateikti keletą pavyzdžių, 2021 m. ATLAS bendradarbiavimas pranešė stebėjimas reto vienu metu pagamintų trijų W bozonų, ir CMS gavo a didelio tikslumo matavimas Z bozonų pavertimo nematomomis dalelėmis. O 2022 m., remiantis pirmųjų surinktais duomenimis Tevatron greitintuvas, CDF bendradarbiavimas paskelbė tiksliausias kada nors W bozono masės matavimas. Tačiau CDF W bozono masės vertė yra įtampa su ankstesniais rezultataisįskaitant pirmąjį LHC, kurį atliko ATLAS ir LHCb, todėl reikia atlikti naujus didesnio tikslumo matavimus.

Šių ir kitų W ir Z bozonų aspektų tyrimai bus tęsiami LHC ir jo planuojamame atnaujinime, didelio šviesumo LHC.

Carlo Rubbia, UA1 bendradarbiavimo atstovas, 1983 m. sausio 20 d. seminare atskleidė šešis kandidato W bozono įvykius. (Vaizdo įrašas: CERN)

Skaityti CERN kurjerio straipsnis prisimindamas dalelės atradimą.