Una revisión de los temas candentes de la física de partículas en 2021 (2) |
Zimu es la segunda generación de leptones cargados en el Modelo Estándar de física de partículas y juega un papel importante en el desarrollo del Modelo Estándar.
El momento magnético y el espín del muón tienen un coeficiente proporcional gμ, que la ecuación de Dirac predice que es 2. Sin embargo, debido a la existencia de fluctuaciones cuánticas, el factor gμ debe corregirse con radiación cuántica.
La discusión actual sobre el momento magnético de Zimu gira en torno al tamaño de esta corrección, que generalmente se denomina momento magnético anómalo aμ.
En el marco del Modelo Estándar, el cálculo de momentos magnéticos anómalos se divide generalmente en: electrodinámica cuántica, interacción electrodébil, polarización del vacío de hadrones y dispersión de luz-luz de hadrones.
El primer cálculo de corrección electrodinámica cuántica del momento magnético anómalo se completó para la oscilación del electrón en 1948, a = 0,001160,1%.
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El momento magnético anormal de Zimu se midió por primera vez en 1957.
En 1956, Li Zhengdao y Yang Zhenning propusieron "la no conservación de la paridad bajo interacción débil". Posteriormente, el equipo de Lederman verificó la no conservación de la paridad y obtuvo indirectamente resultados experimentales consistentes con cero, aμ =0,0 0,1.
Posteriormente, a través de una serie de experimentos en el CERN y el experimento del muón g-2 en BNL, la precisión alcanzó 0,5410-6, menos de una parte por millón.
En este momento, el cálculo teórico basado en el modelo estándar ha alcanzado una precisión considerable, pero es 2,7 desviaciones estándar menor que el valor medido, lo que sugiere que puede haber nueva física más allá del modelo estándar. Los teóricos y experimentadores de la física de partículas han llevado a cabo una serie de trabajos con la esperanza de mejorar aún más la precisión de los cálculos teóricos y las mediciones experimentales.
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Desde 2017, el gran equipo teórico del momento magnético anormal de Zimu ha mantenido reuniones de trabajo en Estados Unidos, Alemania y Japón. A mediados de 2020, se publicó el valor teórico que todos conocen, y la diferencia entre este valor y el valor experimental alcanzó 3,7 desviaciones estándar.
En el aspecto experimental, desde 2009, dos equipos han planeado utilizar dos esquemas experimentales diferentes para mejorar la precisión de las mediciones, concretamente el experimento μon g-2 en el Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi y el experimento J-PARC μon g-2. /Experimentos EDM.
Fermilab desarrolla mejores calorímetros electromagnéticos, sondas de medición de campos magnéticos de RMN y otras mejoras, mientras que J-PARC utiliza diferentes métodos para almacenar el impulso de los muones, los haces de muones y medir los electrones en descomposición.
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La colaboración Muon G-2 de Fermilab se estableció en 2009. Después de que se completó la construcción experimental a mediados de 2017, comenzó la operación de prueba experimental y finalmente se recopiló el primer lote de datos físicos (Ejecución-1) en 2018.
El análisis físico del momento magnético anómalo se divide principalmente en: medir la oscilación del número de positrones a lo largo del tiempo para obtener la frecuencia de precesión anormal del espín del muón, se determina la distribución del campo magnético del anillo de almacenamiento; mediante el campo magnético nuclear instalado encima y debajo del anillo de almacenamiento, la sonda de resonancia y el carro de sonda de RMN escaneando el área del haz de almacenamiento se obtuvieron comparando las mediciones del detector de seguimiento y la simulación de la mecánica del haz, la distribución espaciotemporal del muón; Se obtuvo una viga en el anillo de almacenamiento.
Los datos de Run-1 se publicaron en la revista "Physical Reviews" el 7 de abril de 2021 y su precisión es la mejor hasta el momento. Combinado con los valores medidos de BNL, la diferencia teórica en el experimento alcanza 4,2 desviaciones estándar.
Al mismo tiempo que Fermilab publicaba sus resultados, el equipo de BMWc, que calculó la contribución de la polarización hadrónica del vacío (HVP) al momento magnético anómalo basándose en la red QCD, también publicó los últimos cálculos en la revista Naturaleza Como resultado, los resultados muestran que el experimento teórico difiere en solo 1,6 desviaciones estándar, y los valores calculados difieren en 3,7 desviaciones estándar de otros valores teóricos basados en la relación de dispersión.
Actualmente, otros equipos de QCD están verificando el cálculo de este nuevo resultado y la estimación del error sistemático, esperando resolver la contradicción entre los valores teóricos en un futuro próximo.
El experimento muón g-2 de Fermilab está recopilando actualmente el quinto lote de datos (ejecución 5) y planea ejecutarlo durante al menos 1 año, comenzando desde la etapa 6 para medir el momento magnético anómalo de muones negativos.
Además, los datos del experimento del muón g-2 también se pueden utilizar para buscar el momento dipolar eléctrico del muón y la materia oscura ultraligera acoplada al muón.
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Al mismo tiempo, el experimento μon g-2/EDM de J-PARC está avanzando gradualmente. Los muones fríos se producen mediante generación de muones e ionización láser, y luego se mide con precisión el momento magnético anómalo.
En 2018, se realizó el uso de la cavidad resonante de radiofrecuencia para acelerar Muir y se lograron grandes avances en la producción de componentes de Muir, líneas de flujo de haz acelerado de Muir y módulos detectores de seguimiento.
El experimento planea comenzar a recopilar datos en 2027 y utilizar diferentes métodos de medición para verificar los resultados de medición de Fermilab.
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2021 es un nodo muy importante en la física de Zimu. Se espera que en 2022, los experimentos de momentos magnéticos anormales realizados en Estados Unidos y Japón logren nuevos avances y contribuyan a resolver el misterio del momento magnético anormal de Zimu.
Investigación sobre sabores pesados y física de hadrones
En el modelo estándar de física de partículas, tres generaciones de leptones y bosones calibre tienen la misma fuerza de acoplamiento, lo que se denomina sexo "leptón universal". ".
Probar la "universalidad de los leptones" en la desintegración de hadrones de sabor pesado es una de las formas importantes de encontrar nueva física más allá del modelo estándar.
La fábrica B (Experimento Babar y Experimento Belle) ha probado previamente la universalidad de los leptones en la desintegración del mesón inferior B+, midió el llamado "RK" y no encontró signos de desviación de las predicciones del Estándar. Modelo .
Los resultados de las mediciones publicados por el Grupo de Cooperación Internacional del Experimento LHCb en 2014 se desviaron de las predicciones del modelo estándar en 2,6 veces la desviación estándar. Después de utilizar más datos para mejorar la precisión de las mediciones en 2019, todavía hay una desviación de 2,5 veces la desviación estándar.
En 2021, el equipo de cooperación internacional del experimento LHCb mejoró aún más la precisión de la medición de RK y los resultados se desviaron de la predicción del modelo estándar en 3,1 veces, lo que puede ser un signo de nuevas influencias físicas.
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En el modelo estándar de física de partículas, sólo hay cuatro tipos de partículas que pueden "oscilar" entre partículas de materia positivas y negativas, y la "oscilación" de partículas positivas y negativas es positivo. Es la encarnación de las importantes propiedades de la mecánica cuántica.
La frecuencia de oscilación del mesón encanto neutro D 0 es pequeña y difícil de medir en experimentos. El equipo de cooperación internacional del experimento LHCb estableció su naturaleza oscilatoria en el experimento de 2013.
En 2021, el equipo de cooperación internacional del experimento LHCb midió la cantidad física que determina la frecuencia de oscilación del mesón neutro: la diferencia de masa entre los dos estados propios de masa. Esta es la primera vez que dos mesones neutros. se han establecido en el experimento. La calidad del estado propio de masa es pobre.
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El estudio de la espectroscopia de hadrones ayuda a comprender en profundidad el modelo de quarks y la interacción fuerte, y es un tema candente en la física de partículas.
Desde el descubrimiento de la partícula X_(3872) por el equipo de colaboración internacional Belle Experiment en 2003, se han descubierto experimentalmente una serie de extraños estados hadrónicos, algunos de los cuales están cargados y no pueden ser eléctricamente neutros de forma tradicional. quark-dipolo.
En 2021, los experimentos descubrieron nuevos estados extraños de hadrones, incluido el extraño estado oculto de tetraquark Zcs (3985), Zcs (4000), Zcs (4220) y el estado de tetraquark de doble encanto.
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Grupo de Cooperación Internacional Experimento del Espectrómetro III de Beijing
Durante el proceso de reacción, en
y
Encuentre uno que se acerque al umbral de calidad.
La estructura mejorada debe explicarse mediante la introducción de un nuevo candidato de cuatro quarks, Zcs (3985).
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El equipo de cooperación internacional del experimento LHCb analizó la amplitud de la ruta de desintegración del mesón inferior y encontró en el espectro de masas invariante del quark charm J/ψ y K cargado combinación de mesones. Una estructura significativamente mejorada. Un análisis más detallado muestra que el sistema tiene dos ** estructuras de vibración Zcs (4000) y Zcs (4220).
La masa de Zcs (4000) es consistente dentro del rango de error con la de Zcs (3985) descubierta por el Grupo de Cooperación Internacional del Experimento del Espectrómetro III de Beijing, pero su ancho es de un orden de magnitud. Si son la misma partícula requiere más investigación teórica y experimental.
El equipo de cooperación internacional del experimento LHCb descubrió bariones en 2017.
Este descubrimiento convierte el estudio de estados extraños que contienen dos quarks de sabor pesado en un nuevo punto de interés teórico.
En términos de experimentos, en 2020, el equipo de colaboración internacional del experimento LHCb descubrió X (6900), que está compuesto por dos pares de quarks charm positivos y negativos. 2021 Se descubrió un nuevo * * estado vibratorio en el espectro de masas invariante de D0Dπ+. Si se trata de un estado molecular compuesto por mesones D*+ y mesones d0 o un estado denso de cuatro quarks requiere más investigación teórica y experimental.
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En términos de comprensión de la estructura nuclear, el Grupo de Cooperación Internacional del Experimento del Espectrómetro III de Beijing midió con precisión la estructura electromagnética de los neutrones en un espacio similar al tiempo y descubrió que la relación entre fotones y protones El acoplamiento es más fuerte que el acoplamiento entre fotones y neutrones, resolviendo así el problema de larga data de las anomalías del acoplamiento fotón-nucleón.
Al mismo tiempo, el Grupo de Cooperación Internacional del Experimento del Espectrómetro III de Beijing observó una estructura de oscilación periódica en la que el factor de forma electromagnética de los neutrones cambia con la energía del centro de masa. Su frecuencia de oscilación es la misma. el de los protones y su fase es casi ortogonal. Se propone que existe un mecanismo dinámico desconocido dentro del núcleo, que requiere más estudios teóricos y experimentales.
Física de Higgs de vanguardia y alta energía,
Exploración de la física electrodébil y nueva física
El bosón de Higgs es la partícula de origen de masa predicha por el Estándar Modelo Es la base teórica del mecanismo de ruptura de simetría débil y la última partícula descubierta en el Modelo Estándar. Su descubrimiento complementa el marco teórico del Modelo Estándar y promueve la comprensión humana del mundo microscópico de la física de partículas.
En la era posterior al descubrimiento de Higgs, determine con precisión las propiedades de la partícula de Higgs, estudie el mecanismo de interacción entre la partícula de Higgs y otras partículas modelo estándar y utilice el Higgs como sonda para encontrar la respuesta a El modelo estándar Los nuevos fenómenos físicos fuera del mundo se han convertido en uno de los núcleos de la investigación experimental en el colisionador de frontera de alta energía.
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La vida de la partícula de Higgs es muy corta, y su existencia sólo puede medirse por su estado final de desintegración específico.
Basándose en los datos experimentales del LHC Run-2 y combinados con los principales canales de desintegración de la partícula de Higgs, el equipo de colaboración experimental internacional de ATLAS y CMS midió la sección transversal de reacción y la relación de rama de desintegración del bosón de Higgs principal. modo de producción y parámetros de acoplamiento.
Tomando los resultados del espectro como ejemplo, la intensidad de la señal general de la partícula de Higgs obtenida mediante ajuste global es 1,06 ± 0,06. El error de medición mejora significativamente en comparación con los resultados experimentales anteriores y está dentro del error. rango de predicción del modelo estándar Consistente, es un avance representativo importante en la medición del Higgs del Modelo Estándar 2021.
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El proceso de doble Higgs es un proceso poco común de generación de Higgs en el LHC. Es útil para explorar el mecanismo de autoacoplamiento de Higgs y estudiar la forma del Higgs. potencial, Es de gran importancia explorar la nueva física del autoacoplamiento anómalo y el modelo superestándar del doble Higgs.
En esta dirección de investigación, ATLAS y CMS han llevado a cabo una investigación en profundidad sobre los datos de colisión de 13 TeV de Run-2 y han logrado importantes avances en la investigación.
Medición de la articulación de doble Higgs del modelo estándar Atlas (1) y doble Higgs CMS* * *Últimos límites experimentales de la nueva física de la dinámica de vibraciones (2)
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Además, la medición de la duración y la duración de la desintegración del Higgs y el estudio de la desintegración de la capa exterior son muy importantes.
Basándose en el canal de desintegración del doble bosón Z de Higgs, el equipo de colaboración de CMS proporcionó evidencia experimental para la separación del Higgs y los últimos resultados de medición del ancho de Higgs, que son altamente consistentes con las predicciones del modelo estándar.
Como uno de los retos futuros de la ruta de desintegración del bosón de Higgs, el estudio del acoplamiento Yukawa de fermiones de segunda generación es muy importante. Después de lograr un gran avance en la medición del canal de desintegración del Higgs, ATLAS completó la medición completa del canal de desintegración del quark charm en 2021.
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El proceso de producción de tres bosones y el proceso de dispersión de bosones vectoriales en experimentos ATLAS y CMS (a) Proceso de desintegración hadrónica de bosones de tres calibres (; c) diagrama de dispersión ZZ; (d) d) diagrama esquemático de desintegración de hadrones de dispersión VV.
(1) El equipo de colaboración de CMS ha logrado un avance importante en la medición precisa de la relación de rama de desintegración del bosón W, y los resultados obtenidos superaron los resultados históricos de alta precisión del colisionador electrón-positrón LEP para la primera vez. PDG2020 señala 2 veces la desviación estándar en el ajuste global de mediciones electrodébiles precisas, lo que debe demostrarse aún más mediante experimentos y teoría.
(2) En el estudio de la generación de bosones de tres calibres en el proceso electrodébil raro, ATLAS y CMS han logrado avances sucesivamente, observando el proceso de simbiosis de bosones de tres calibres en experimentos por primera vez.
(3) En el estudio de la dispersión de bosones vectoriales (VBS), los experimentos ATLAS y CMS descubrieron además el proceso de dispersión de los fotones W+, los estados finales de los fotones Z+ y WW con diferentes signos, y obtuvieron Z+ por primera vez. tiempo El descubrimiento de la dispersión del canal de desintegración de neutrinos durante la dispersión de fotones es un gran desafío.
(4) Además, ATLAS ha logrado avances importantes en la medición del raro proceso de producción de quarks de cuatro puntas y CMS ha logrado avances importantes en la medición de la producción de 3 J/ψ.
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En el proceso de búsqueda de nuevos fenómenos físicos, los experimentos ATLAS y CMS han llevado a cabo una extensa investigación, pero no se han encontrado signos experimentales de desviaciones significativas del modelo estándar. sido encontrado. El trabajo relevante proporciona una gran cantidad de datos experimentales, referencia y pruebas para futuras investigaciones sobre nuevas teorías físicas, y desempeña un importante papel de guía y referencia en el desarrollo de futuras teorías y experimentos.
Muestra algunos resultados de los experimentos ATLAS y CMS sobre cómo encontrar límites estadísticos en la nueva física.
Conclusión
En 2021, el campo de la investigación en física de partículas continúa en auge y se han logrado una serie de resultados de investigación llamativos en múltiples direcciones de investigación.
En la actualidad, China, junto con sus homólogos internacionales, ha llevado a cabo investigaciones teóricas y experimentales integrales y profundas en la frontera de la física de partículas, y ha desarrollado de manera más integral el Experimento de Neutrinos de Jiangmen, el Anillo del Futuro. Colisionador de electrones y positrones y supercerámica Una serie de futuras instalaciones científicas a gran escala basadas en dispositivos aceleradores y no aceleradores, incluido el colisionador de electrones e iones de China. , haciendo incansables esfuerzos para desentrañar el misterio de la composición de la materia en el universo, y para contactar y explorar infinitos fenómenos físicos macroscópicos y microscópicos.