Detectorul CMS, de la Grande Colisor al CERN, a analizat coliziunile de protoni și nu a găsit nicio dovadă a structurii interne a quarcilor. Cercetarea a folosit date din a doua fază de funcționare a LHC și a testat scale de până la 10⁻²⁰ metri. Rezultatele consolidează modelul actual de fizică a particulelor.
Quarcii formează protoni și neutroni, care la rândul lor formează materia obișnuită. Teoria le descrie ca particule punctiforme, fără părți mai mici. Experimentos-urile anterioare au confirmat deja această viziune, dar căutarea pentru straturi mai profunde continuă. Noul studiu avansează limita de observație.
Rutherford a ghidat metoda de investigare curentă
Experimentul urmează principiul folosit de Ernest Rutherford în 1911. Ele a bombardat folie de aur cu particule alfa și a observat unghiuri de împrăștiere. Majoritatea au trecut direct, dar unele au ricoșat. Isso a dezvăluit nucleul atomic concentrat în centru.
La LHC, coliziunile protonilor descompun acești protoni în quarci. Cuarcii ies ca jeturi de particule. CMS măsoară distribuția unghiurilor dintre aceste jeturi. Dacă quarcurile ar avea structură internă, forma jeturilor s-ar schimba la anumite energii. Datele colectate nu arată această abatere semnificativă.
Echipa a examinat peste un milion de evenimente. Distribuțiile unghiulare se potrivesc cu predicțiile Modelo Padrão pentru particulele punctuale. Diferențele Pequenas apar în intervale mari de masă, dar se încadrează în incertitudinile statistice și sistematice.
Análise utilizează 138 fb⁻¹ de date la 13 TeV
Studiul se bazează pe coliziuni la 13 teraelectronvolți. Luminozitatea integrată atinge 138 fb⁻¹. Cercetătorii au corectat pentru efectele detectorului și le-au comparat cu calculele QCD perturbative în ordinea NNLO, plus corecții NLO electroslabe.
- Distribuições a normalizat unghiurile unghiulare în diferite intervale de masă di-jet
- Comparação direct cu scenarii de quarci compuse
- Limites în interacțiunile de contact între quarci
- Restrições la dimensiuni suplimentare, găuri negre cuantice și mediatori ai materiei întunecate
Cele mai stricte limite de până acum exclud quarcii compuși peste anumite scale de energie. În modelul de referință cu quarci stângaci, limita ajunge la 37 TeV pentru interferența constructivă.
Quarks rămân blocuri fundamentale
Fizica a trecut deja prin mai multe revoluții. Átomos au fost indivizibili până la descoperirea nucleului. Prótons și neutronii au apărut elementari până când quarcurile au fost confirmate în 1968 la SLAC. Agora, CMS-ul împinge testul la distanțe de o mie de ori mai mici decât dimensiunea protonului.
Mesmo fără semne de substructură, oamenii de știință nu exclud posibilități chiar și la scară mai mică. Experimentul actual limitează structurile mai mari de 10⁻²⁰ m. Isso este echivalent cu aproximativ o sută de miime din diametrul unui proton.
Rezultatul constrânge și alte fenomene dincolo de Modelo Padrão. Acoplamentos gluonii anormali, particulele asemănătoare axionilor și mediatorii materiei întunecate au limite mai stricte. Analiza acoperă mai multe modele teoretice într-o singură publicație.
Futuro de la LHC va aduce mai multă precizie
A treia fază a operațiunii LHC colectează deja date noi. Actualizarea HiLumi LHC, programată pentru 2030, va crește dramatic rata de coliziuni. Cu mai multe statistici, cercetătorii vor reduce incertitudinile în măsurarea unghiului de împrăștiere.
Medições mai precis ar putea dezvălui abateri subtile sau poate confirma în continuare comportamentul punctual al quarcilor. CMS intenționează să continue căutarea semnelor de fizică nouă în distribuțiile de avioane.
Materia obișnuită din jurul nostru depinde de aceste particule. Descoperirea lui Qualquer despre compoziția sa ar afecta înțelegerea universului, inclusiv probleme precum materia întunecată și unificarea forțelor. Deocamdată, quarcii își mențin poziția de particule elementare.
Oamenii de știință subliniază că absența dovezilor nu dovedește absența definitivă. Viitoarele Experimentos cu energii mai mari sau tehnici diferite ar putea explora distanțe și mai mici. LHC rămâne principalul instrument pentru această frontieră.