De CMS-detector, bij CERN’s Grande Colisor, analyseerde protonenbotsingen en vond geen bewijs van interne structuur in de quarks. Bij het onderzoek werd gebruik gemaakt van gegevens uit de tweede bedrijfsfase van de LHC en werden schalen tot 10⁻²⁰ meter getest. De resultaten versterken het huidige model van deeltjesfysica.
Quarks vormen protonen en neutronen, die op hun beurt gewone materie vormen. De theorie beschrijft ze als puntdeeltjes, zonder kleinere delen. Eerdere Experimentos’s hebben dit beeld al bevestigd, maar de zoektocht naar diepere lagen gaat door. De nieuwe studie verlegt de observatielimiet.
Rutherford begeleidde huidige onderzoeksmethode
Het experiment volgt het principe dat Ernest Rutherford in 1911 gebruikte. Ele bombardeerde goudfolie met alfadeeltjes en observeerde verstrooiingshoeken. De meeste gingen er dwars doorheen, maar sommige ricocheerden. Isso onthulde de atoomkern geconcentreerd in het centrum.
Bij de LHC breken protonenbotsingen deze protonen in quarks. De quarks komen naar buiten als deeltjesdeeltjes. Het CMS meet de hoekverdeling tussen deze jets. Als quarks een interne structuur zouden hebben, zou de vorm van de jets bij bepaalde energieën veranderen. Uit de verzamelde gegevens blijkt deze significante afwijking niet.
Het team onderzocht meer dan een miljoen gebeurtenissen. De hoekverdelingen komen overeen met Modelo Padrão-voorspellingen voor puntdeeltjes. Pequenas-verschillen verschijnen in hoge massabereiken, maar vallen binnen statistische en systematische onzekerheden.
Análise gebruikt 138 fb⁻¹ aan gegevens bij 13 TeV
Het onderzoek is gebaseerd op botsingen bij 13 tera-elektronvolt. De geïntegreerde helderheid bereikt 138 fb⁻¹. De onderzoekers corrigeerden voor detectoreffecten en vergeleken deze met perturbatieve QCD-berekeningen in NNLO-volgorde, plus elektrozwakke NLO-correcties.
- Distribuições genormaliseerde hoekhoeken in verschillende di-jet-massabereiken
- Directe Comparação met samengestelde quarkscenario’s
- Limites in contactinteracties tussen quarks
- Restrições tot extra dimensies, kwantumzwarte gaten en donkere materie-mediatoren
De strengste limieten tot nu toe sluiten samengestelde quarks boven bepaalde energieschalen uit. In het referentiemodel met linkshandige quarks bereikt de limiet 37 TeV voor constructieve interferentie.
Quarks blijven fundamentele blokken
De natuurkunde heeft al verschillende revoluties achter de rug. Átomos waren ondeelbaar tot de ontdekking van de kern. Prótons en neutronen leken elementair totdat quarks in 1968 bij SLAC werden bevestigd. Agora, het CMS duwt de test naar afstanden die duizend keer kleiner zijn dan de grootte van het proton.
Mesmo zonder enig teken van onderbouw sluiten wetenschappers mogelijkheden op nog kleinere schaal niet uit. Het huidige experiment beperkt constructies groter dan 10⁻²⁰ m. Isso komt overeen met ongeveer een honderdduizendste van de diameter van een proton.
Het resultaat beperkt ook andere verschijnselen dan Modelo Padrão. Acoplamentos afwijkende gluonen, axionachtige deeltjes en donkere materie-mediatoren krijgen strengere limieten. De analyse omvat meerdere theoretische modellen in één publicatie.
LHC’s Futuro zal voor meer precisie zorgen
In de derde fase van de LHC-operatie worden al nieuwe gegevens verzameld. De HiLumi LHC-upgrade, gepland voor 2030, zal het aantal botsingen dramatisch verhogen. Met meer statistieken zullen onderzoekers de onzekerheden bij het meten van de verstrooiingshoek verminderen.
Nauwkeuriger Medições zou subtiele afwijkingen aan het licht kunnen brengen of het puntgedrag van quarks verder kunnen bevestigen. CMS is van plan de zoektocht naar tekenen van nieuwe fysica in straalverdelingen voort te zetten.
De gewone materie om ons heen is afhankelijk van deze deeltjes. De ontdekking van Qualquer over de samenstelling ervan zou van invloed zijn op het begrip van het universum, inclusief kwesties als donkere materie en de unificatie van krachten. Voorlopig behouden quarks hun positie als elementaire deeltjes.
Wetenschappers benadrukken dat de afwezigheid van bewijs geen definitieve afwezigheid bewijst. Experimentos-futures met hogere energieën of andere technieken zouden zelfs kleinere afstanden kunnen verkennen. De LHC blijft het belangrijkste instrument voor deze grens.