CMS-detektoren på CERNs Grande Colisor analyserede protonkollisioner og fandt ingen tegn på intern struktur i kvarkerne. Forskningen brugte data fra LHC’s anden driftsfase og testede skalaer op til 10⁻²⁰ meter. Resultaterne forstærker den nuværende model for partikelfysik.
Kvarker danner protoner og neutroner, som igen udgør almindeligt stof. Teorien beskriver dem som punktpartikler uden mindre dele. Tidligere Experimentos’er har allerede bekræftet dette synspunkt, men søgningen efter dybere lag fortsætter. Den nye undersøgelse rykker observationsgrænsen frem.
Rutherford guidet aktuel undersøgelsesmetode
Eksperimentet følger det princip, som Ernest Rutherford brugte i 1911. Ele bombarderede guldfolie med alfapartikler og observerede spredningsvinkler. De fleste gik lige igennem, men nogle rikochetterede. Isso afslørede atomkernen koncentreret i midten.
Ved LHC bryder protonkollisioner disse protoner til kvarker. Kvarkerne kommer ud som stråler af partikler. CMS’et måler fordelingen af vinkler mellem disse dyser. Hvis kvarker havde indre struktur, ville strålernes form ændre sig ved bestemte energier. De indsamlede data viser ikke denne væsentlige afvigelse.
Holdet undersøgte mere end en million begivenheder. Vinkelfordelingerne matcher Modelo Padrão forudsigelser for punktpartikler. Pequenas forskelle forekommer i høje masseområder, men falder inden for statistiske og systematiske usikkerheder.
Análise bruger 138 fb⁻¹ data ved 13 TeV
Undersøgelsen er baseret på kollisioner ved 13 teraelektronvolt. Den integrerede lysstyrke når 138 fb⁻¹. Forskerne korrigerede for detektoreffekter og sammenlignede dem med forstyrrende QCD-beregninger i NNLO-rækkefølge plus elektrosvage NLO-korrektioner.
- Distribuições normaliserede vinkelvinkler i forskellige di-jet masseområder
- Direkte Comparação med sammensatte kvark-scenarier
- Limites i kontaktinteraktioner mellem kvarker
- Restrições til ekstra dimensioner, kvante sorte huller og mørkt stof mediatorer
De hidtil strengeste grænser udelukker sammensatte kvarker over visse energiskalaer. I referencemodellen med venstrehåndskvarker når grænsen 37 TeV for konstruktiv interferens.
Quarks forbliver som grundlæggende blokke
Fysikken har allerede gennemgået flere revolutioner. Átomos var udelelige indtil opdagelsen af kernen. Prótons og neutroner syntes elementære, indtil kvarker blev bekræftet i 1968 ved SLAC. Agora, CMS’et skubber testen til afstande tusind gange mindre end protonens størrelse.
Mesmo uden tegn på understruktur, forskerne udelukker ikke muligheder i endnu mindre skalaer. Det nuværende eksperiment begrænser strukturer større end 10⁻²⁰ m. Isso svarer til omkring en hundrede tusindedel af diameteren af en proton.
Resultatet begrænser også andre fænomener ud over Modelo Padrão. Acoplamentos unormale gluoner, axion-lignende partikler og mediatorer af mørkt stof får snævrere grænser. Analysen dækker flere teoretiske modeller i en enkelt publikation.
LHC’s Futuro vil bringe mere præcision
Den tredje fase af LHC-driften indsamler allerede nye data. HiLumi LHC-opgraderingen, der er planlagt til 2030, vil dramatisk øge kollisionsraten. Med mere statistik vil forskerne mindske usikkerheden i måling af spredningsvinklen.
Mere nøjagtig Medições kunne afsløre subtile afvigelser eller yderligere bekræfte punktadfærden for kvarker. CMS planlægger at fortsætte søgen efter tegn på ny fysik i jetdistributioner.
Det almindelige stof omkring os afhænger af disse partikler. Qualquer’s opdagelse af dets sammensætning ville påvirke forståelsen af universet, herunder spørgsmål som mørkt stof og forening af kræfter. For nu bevarer kvarker deres position som elementære partikler.
Forskere understreger, at fraværet af beviser ikke beviser definitivt fravær. Experimentos-futures med højere energier eller forskellige teknikker kunne udforske endnu mindre afstande. LHC er fortsat det vigtigste værktøj til denne grænse.