Kollision vid LHC förstärker kvarkar som elementära partiklar utan inre struktur

CMS-detektorn, vid CERN:s Grande Colisor, analyserade protonkollisioner och fann inga bevis på inre struktur i kvarkarna. Forskningen använde data från LHC:s andra driftsfas och testade skalor upp till 10⁻²⁰ meter. Resultaten förstärker den nuvarande modellen för partikelfysik.

Kvarkar bildar protoner och neutroner, som i sin tur utgör vanlig materia. Teorin beskriver dem som punktpartiklar, utan mindre delar. Tidigare Experimentoss har redan bekräftat denna uppfattning, men sökandet efter djupare lager fortsätter. Den nya studien flyttar upp observationsgränsen.

Rutherford guidad aktuell utredningsmetod

Experimentet följer principen som användes av Ernest Rutherford 1911. Ele bombarderade guldfolie med alfapartiklar och observerade spridningsvinklar. De flesta gick rakt igenom, men några rikoscherade. Isso avslöjade atomkärnan koncentrerad i mitten.

Vid LHC bryter protonkollisioner dessa protoner till kvarkar. Kvarkarna kommer ut som strålar av partiklar. CMS mäter fördelningen av vinklar mellan dessa strålar. Om kvarkar hade en inre struktur skulle formen på strålarna förändras vid vissa energier. De insamlade uppgifterna visar inte denna signifikanta avvikelse.

Teamet undersökte mer än en miljon händelser. Vinkelfördelningarna matchar Modelo Padrão-förutsägelser för punktpartiklar. Pequenas-skillnader förekommer i höga massintervall, men faller inom statistiska och systematiska osäkerheter.

Análise använder 138 fb⁻¹ data vid 13 TeV

Studien baseras på kollisioner vid 13 teraelektronvolt. Den integrerade ljusstyrkan når 138 fb⁻¹. Forskarna korrigerade för detektoreffekter och jämförde dem med störande QCD-beräkningar i NNLO-ordning, plus elektrosvaga NLO-korrigeringar.

• Distribuições normaliserade vinkelvinklar i olika di-jet massområden
• Direkt Comparação med sammansatta kvarkscenarier
• Limites i kontaktinteraktioner mellan kvarkar
• Restrições till extra dimensioner, kvantsvarta hål och mediatorer av mörk materia

De strängaste gränserna hittills utesluter sammansatta kvarkar över vissa energiskalor. I referensmodellen med vänsterhänta kvarkar når gränsen 37 TeV för konstruktiv interferens.

Quarks kvarstår som grundläggande block

Fysiken har redan gått igenom flera revolutioner. Átomos var odelbara fram till upptäckten av kärnan. Prótons och neutroner verkade elementära tills kvarkar bekräftades 1968 vid SLAC. Agora, CMS driver testet till avstånd som är tusen gånger mindre än protonens storlek.

Leia Também

Manchester United slår Liverpool med sent mål och säkrar Champions League-kvalet

Manchester United slår Liverpool med 3-2 på Old Trafford och säkrar plats i Champions League 2026

Italienaren Jannik Sinner springer förbi Zverev i Madrid och säkrar femte raka Masters 1000-trofén

Mesmo utan tecken på understruktur, forskare utesluter inte möjligheter i ännu mindre skalor. Det aktuella experimentet begränsar strukturer större än 10⁻²⁰ m. Isso motsvarar ungefär en hundra tusendels diameter av en proton.

Resultatet begränsar även andra fenomen utöver Modelo Padrão. Acoplamentos anomala gluoner, axionliknande partiklar och mediatorer av mörk materia ges snävare gränser. Analysen omfattar flera teoretiska modeller i en enda publikation.

LHC:s Futuro kommer att ge mer precision

Den tredje fasen av LHC-driften samlar redan in nya data. HiLumi LHC-uppgraderingen, planerad till 2030, kommer att dramatiskt öka kollisionshastigheten. Med mer statistik kommer forskarna att minska osäkerheterna vid mätning av spridningsvinkeln.

Mer exakt Medições kan avslöja subtila avvikelser eller ytterligare bekräfta punktbeteendet hos kvarkar. CMS planerar att fortsätta sökandet efter tecken på ny fysik i jetdistributioner.

Den vanliga materien omkring oss beror på dessa partiklar. Qualquer:s upptäckt om dess sammansättning skulle påverka förståelsen av universum, inklusive frågor som mörk materia och enande av krafter. Tills vidare behåller kvarkar sin position som elementarpartiklar.

Forskare betonar att frånvaron av bevis inte bevisar definitiv frånvaro. Experimentos-terminer med högre energier eller olika tekniker skulle kunna utforska ännu mindre avstånd. LHC är fortfarande det viktigaste verktyget för denna gräns.