Spannung wächst als Large Hadron Collider Hinweise auf neue Partikel

Lichtpunkte in Daten sind häufig, aber Wissenschaftler hoffen, dass kurze Lichtblitze im Inneren der LHC entdeckt den ersten Einblick in eine neue Ära der Physik sein könnte

Wenn Hunderte von Physiker diese Woche in La Thuile, eine alte Bergbaustadt im Herzen der italienischen Alpen, einer versammelt kurze und einfache Frage in die kühle hing, klare Luft: ist es wirklich?

Die Quelle ihrer Faszination und kein wenig Aufregung war Licht. Nicht das Sonnenlicht gemacht, dass den Schnee auf den Bergen im Aosta-Tal, aber Licht im Inneren der Large Hadron Collider (LHC) über die Grenze in der Nähe von Genf glitzern. Die Maschine hatte mehr Photonen als erwartet, da es unter der ruhigen Schweizer Landschaft Partikel zertrümmert erkannt. Die kurze Lichtblitze möglicherweise der erste Blick auf die nächste große Entdeckung.

Oder es möglicherweise nichts. Der LHC jagt auf Anzeichen einer neuen Physik durch Partikel zusammen zuschlagen und die Trümmer in riesigen Detektoren erfassen. Es ist eine Welt, wo Quantum Weirdness Regeln und zufällige Lichtpunkte in den Daten ein tägliches Ärgernis sind. Aber was ist, wenn diese neuesten Beule in den Daten hat solide Grundlagen? Geben Sie eine neue Ära der Physik und eine Welt der bisher unbekannte Teilchen und Kräfte.

Spekulation ist weit verbreitet. Einige Physiker vermuten, dass die Blip möglicherweise ein schwerer Cousin des Higgs-Bosons, das Mass-gebende Teilchen am LHC entdeckt im Jahr 2012. Alternativ könnte es bedeuten, dass das Higgs selbst eine Reihe von kleineren Teilchen besteht. Andere Fragen sich, ob die Beule ein Graviton, ein Teilchen sein könnte, der Schwerkraft überträgt. Das wäre wirklich bemerkenswert: so weit, Schwerkraft konnte mit den Theorien von anderen Teilchen und Kräfte in Einklang zu bringen.

"Wenn diese Sache entpuppt sich als um real zu sein, ist es eine zehn auf der Richterskala der Teilchenphysik," sagt John Ellis, Professor für Physik am Kings College London, und der ehemalige Leiter der Theorie am Cern. "Der Excitometer wird völlig gebrochen." Daß, wenn, obwohl, ist ein großes.

"Ich würde gerne für bestehen bleiben soll, aber ich habe gesehen, dass so viele Effekte kommen und gehen, dass ich in meinem Herzen sagen, bin ich nicht sehr optimistisch. Es wäre eine phantastische Entdeckung, wenn es wahr ist, wäre, gerade weil es unerwartet, und weil es die Spitze eines Eisbergs von neuen Formen der Materie, wäre "Ellis sagt.

Seine Vorsicht wird von Frank Wilczek, widergehallt, die den Nobelpreis für Physik im Jahr 2004 gewann. "Es ist nicht das, was der Arzt verordnet, um bestimmte Probleme zu lösen, die ich kenne." Aber ich denke, dass es möglicherweise eine attraktive Möglichkeit, unterzubringen, wenn es vorhanden ist", sagt er. Wilczek mag den Klang eines Teilchens gemacht von neuen Arten von Quarks (die Bestandteile der Protonen und Neutronen), eine neue Super-starke Kraft zusammen gebunden. "Das heißt, ich habe Angst, dass die wahrscheinlichste Lösung ist, dass was gesehen wurde ein statistischer Zufall."

Die ersten Hinweise auf die faszinierende Lichtpunkte entstand im Dezember, wenn Forscher auf zwei wichtigsten Detektoren des LHC, Atlas und CMS, ergab, dass sie beide gesehen kleinen Unebenheiten in ihren Daten hatten. Sie zeigten, dass Kollisionen von Protonen in die riesige Detektoren geringfügig mehr hochenergetische Photonen oder Lichtteilchen, produziert hatte, als unsere besten Theorien vorhersagen.

Normalerweise ziehen diese Unebenheiten kaum Kommentar. Zu viele kommen und gehen, nie wieder gesehen werden. Aber was machte Physiker heben eine kollektive Augenbraue war, dass zwei teams, arbeitet unabhängig, im Wettbewerb und auf völlig verschiedene Detektoren, Beulen an der gleichen Stelle hatte: die Energien der zusätzlichen Photonen abgestimmt. Beide deutete einen kräftigen neuen Teilchens 15 Mal mehr Masse als ein Eisenatom. Wenn real, hatte das Geheimnis Teilchen brach in Existenz und prompt verschwunden, eine Explosion des Lichts als ein Tod versetzen die Freigabe.

Tiziano Camporesi, Leiter des Arbeitskreises CMS hat Kollegen 20:1 gegen das Teilchen bestehen, mit der Zahlung in Flaschen anständige französischen Wein angeboten. Bisher keine Abnehmer. "Ich nicht finde jemand unter meinen Kollegen, die meine Wette annehmen möchte,", sagt er. "Ich bin dagegen wetten, aber ich würde gerne verlieren."

"Der Punkt ist, wenn man sich die Schwierigkeiten etwas wie dies im Hinblick auf die Auslegung wirft, Sie Fragen sich, ob Sie nicht eine Art außerordentliches Beispiel für Zufall in beiden Experimenten sehen", fügt er hinzu.

Es war Messungen wie diese, die die Entdeckung des Higgs-Bosons im Juli 2012 geführt. Das Teilchen, zuerst im Jahre 1964, postuliert wurde vorausgesagt, um im LHC Kollisionen angezeigt und sofort in andere, weniger massiven Teilchen zerfallen. Die sauberste Tod für das Higgs war, in Paare von Photonen zerfallen, und es zählte diese zusätzliche flackert Licht, das die Entdeckung genagelt.

Das Treffen in La Thuile, ein wichtiges Ereignis in der Teilchenphysik Kalender war hatte die erste Chance LHC Wissenschaftler ihre neuesten Analysen der neue Unebenheiten zu enthüllen. Sie hatten eine Zuhörerschaft. Da die LHC-Gruppen zunächst die Lichtpunkte im Dezember angekündigt, haben Theoretiker aus mehr als 200 Artikel vorschlagen allerlei Erklärungen für dieses geheimnisvolle- und noch sehr vorläufig - Teilchen aufgewühlt. Der Eifer der Theoretiker von jedem Experiment geht auf jeden Überraschungseffekt springen hat sie den kollektiven Titel "Krankenwagen Chasers" verdient. Um fair zu sein, baut Theorien rund um neue Ergebnisse was sie tun sollen.

In den Monaten nach Weihnachten das CMS-Team hart gearbeitet, um ihre Daten zu schärfen. Sie entschädigt für technische Probleme, die Resultate von Kollisionen betroffen, dann führen Sie ihre 2015-Daten mit, die in 2011 und 2012 gesammelt, die das Higgs-Boson entdeckt. Am Donnerstag in La Thuile präsentieren, ergab das CMS-Team, dass die neue Beule geworden und nun eine statistische Stärke von 3,4 Sigma hatte. Nach technische Korrekturen fiel aber, welches Konto für die Tatsache, dass Physiker für Beulen in vielen Orten und nicht nur einen, schauen die Stärke 1.6 Sigma. Es ist der gleiche Grund, dass der Befund £20 in Geldautomaten weniger ein Glücksfall ist, wenn Sie alle Geldautomaten in der Nähe, und nicht nur die in Ihrem Büro zu überprüfen. Die Chance auf einen 1.6 Sigma-Effekt wird ein Glücksfall ist identisch mit dem leicht schlagen ein paar Köpfe hintereinander. Das ist nicht unmöglich, vor allem in einer Maschine, die Milliarden von Kollisionen pro Sekunde erfasst.

Wie für die Atlas-Team die neuesten Analysen vorgestellt auf La Thuile hat ihre Beule auf 3,6 Sigma oder ca. 2 Sigma nach Korrekturen, das Äquivalent von fünf Köpfe hintereinander werfen. Physiker können eine bona fide Entdeckung nur geltend machen, wenn ihre Signale eine statistische Signifikanz von fünf Sigma erreicht. Die Chancen eines solchen Signals wird ein zufälliger Glücksfall ist weniger als 1 in 3 Millionen. Das ist dasselbe wie 21 Köpfe hintereinander werfen.

"Wenn dieses Teilchen real ist, ist es unvermeidlich, dass es eine verräterische Signal etwas neu sowohl in Bezug auf Zustände der Materie und fundamentalen Kräfte. Aber im Moment ist es nur eine Fluktuation,"sagt Camporesi. "Nur mehr Daten sagen."

Die werden bald folgen. Der LHC wird heruntergefahren jeden Winter für seine jährlichen Check-up. Aber in der nächsten Woche, die Maschine wird allmählich wieder zum Leben erweckt, und vorbereitet, was Mike Lamont, Operationen Gruppenleiter, Anrufe "ersten Balken" über das Osterwochenende. Gegen Ende April die Collider sollte beginnen Partikel wieder abstürzt, und Atlas und CMS können beginnen, die Daten zu sammeln, die sie benötigen.

Wenn die Maschine verhält sich gut und reibungslos über das Geschäft, hätte Physiker ihre Antwort, eine oder andere Weise, rechtzeitig für die nächste große Konferenz im August.

"Es ist faszinierend, aber es ist wirklich das diesjährige Daten, die uns sagen, viel mehr geht", sagt Dave Charlton, Leiter der Atlas-Gruppe. "Dinge wie diese kommen und gehen. Das bedeutet nicht sie sind nicht aufregend, aber es bedeutet, dass Sie beginnen sollte nicht die Lehrbücher umschreiben."

Potenzielle neue Entdeckung: was Sie wissen müssen

Wie findet der Large Hadron Collider neue Teilchen?

Die Maschine beschleunigt zwei Strahlen von Protonen um eine 27km-Schleife am nahe der Lichtgeschwindigkeit. Die Balken gehen in verschiedene Richtungen und werden in riesigen Detektoren an vier Punkten, wo die Protonen Slam, ineinander gekreuzt. Die intensive Energie der Kollisionen wird in alle Weise Teilchen einschließlich der Photonen (Lichtteilchen), Elektronen und Quarks umgewandelt. Neue Teilchen sind instabil und dem Moment machten sie sie in andere häufiger Partikel zerfallen. Dies schafft unerwartete Muster in den LHC-Daten, die das Teilchen Präsenz zu zeigen. Zum Beispiel wurde das Higgs-Boson entdeckt, weil es in Paare von Photonen zerfallen.

Warum sind Physiker begeistert?

Wissenschaftler aus zwei unabhängigen LHC-Teams, Atlas und CMS, haben Beulen in ihren Daten gesehen, die durch eine neue, unbekannte Partikel verursacht werden könnten. Beide haben mehr hochenergetischen Photonen in ihrer Kollisionen erkannt, und in beiden Fällen, sie verweisen auf ein neues Teilchen sechs Mal mehr Masse als das Higgs-Boson. Wenn das Teilchen real ist, werden Physiker betäubt werden. Es wäre die Spitze eines Eisbergs von neuen Teilchen und Kräfte.

Was könnte das neue Teilchen.

Theoretiker haben sich viele Ideen einfallen. Es könnte sein, dass ein schwerer Cousin das Higgs-Boson, oder vielleicht eine Art von Graviton, ein Teilchen, das die Kraft von Schwerkraft überträgt. Oder es kann eine schwere Version der Neutrinomasse geboren aus einer Theorie der Supersymmetrie, die für jede bekannte Art von Teilchen, ein massiver Zweibettzimmer nennt genannt.

Wie wahrscheinlich ist das Teilchen um wahr zu sein?

Im Moment ist der Beweis für ein neues Teilchen schwach. Während beide Experimente ähnliche Lichtpunkte in ihre Daten zufällige Schwankungen passieren die ganze Zeit haben. Diese können neue Partikel aussehen, aber verschwinden, da mehr Daten gesammelt werden. Wissenschaftler sollten bis zum Juli wissen, ob das Teilchen real oder nicht ist. Bis dahin wenn der LHC gut, führt es wird doppelt soviel Daten gesammelt haben wie die Wissenschaftler jetzt.