Va chạm tại LHC củng cố các quark thành các hạt cơ bản không có cấu trúc bên trong

Máy dò CMS, tại Máy Va chạm Hadron Lớn của CERN, đã phân tích các va chạm proton và không tìm thấy bằng chứng nào về cấu trúc bên trong của các quark. Nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ giai đoạn hoạt động thứ hai của LHC và thử nghiệm quy mô lên tới 10⁻²⁰ mét. Các kết quả củng cố mô hình vật lý hạt hiện tại.

Quark tạo thành proton và neutron, từ đó tạo nên vật chất thông thường. Lý thuyết này mô tả chúng như những hạt điểm, không có phần nào nhỏ hơn. Các thí nghiệm trước đây đã xác nhận quan điểm này, nhưng việc tìm kiếm các lớp sâu hơn vẫn tiếp tục. Nghiên cứu mới nâng cao giới hạn quan sát.

Rutherford đã hướng dẫn phương pháp điều tra hiện tại

Thí nghiệm tuân theo nguyên lý được Ernest Rutherford sử dụng vào năm 1911. Ông bắn phá lá vàng bằng các hạt alpha và quan sát các góc tán xạ. Hầu hết đều đi thẳng, nhưng một số bị bật lại. Điều này tiết lộ hạt nhân nguyên tử tập trung ở trung tâm.

Tại LHC, các va chạm proton phá vỡ các proton này thành quark. Các quark phát ra dưới dạng các tia hạt. CMS đo sự phân bố góc giữa các tia này. Nếu các quark có cấu trúc bên trong thì hình dạng của các tia sẽ thay đổi ở những mức năng lượng nhất định. Dữ liệu được thu thập không cho thấy sự sai lệch đáng kể này.

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra hơn một triệu sự kiện. Sự phân bố góc phù hợp với những dự đoán của Mô hình Chuẩn cho các hạt điểm. Những khác biệt nhỏ xuất hiện ở phạm vi khối lượng lớn, nhưng nằm trong phạm vi không chắc chắn về mặt thống kê và hệ thống.

Phân tích sử dụng 138 fb⁻¹ dữ liệu ở 13 TeV

Nghiên cứu này dựa trên sự va chạm ở mức 13 teraelectronvolt. Độ sáng tích hợp đạt 138 fb⁻¹. Các nhà nghiên cứu đã hiệu chỉnh các hiệu ứng của máy dò và so sánh chúng với các phép tính QCD nhiễu loạn theo thứ tự NNLO, cộng với các hiệu chỉnh NLO điện yếu.

• Phân phối góc chuẩn hóa trong các phạm vi khối lượng di-jet khác nhau
• So sánh trực tiếp với các kịch bản quark phức hợp
• Giới hạn tương tác tiếp xúc giữa các quark
• Những hạn chế về các chiều bổ sung, lỗ đen lượng tử và các chất trung gian vật chất tối

Các giới hạn chặt chẽ nhất cho đến nay loại trừ các quark phức hợp trên các thang năng lượng nhất định. Trong mô hình tham chiếu với các quark thuận trái, giới hạn đạt tới 37 TeV đối với giao thoa tăng cường.

Quark vẫn là khối cơ bản

Vật lý đã trải qua nhiều cuộc cách mạng. Các nguyên tử không thể phân chia cho đến khi phát hiện ra hạt nhân. Proton và neutron dường như là cơ bản cho đến khi quark được xác nhận vào năm 1968 tại SLAC. Giờ đây, CMS đẩy cuộc thử nghiệm tới những khoảng cách nhỏ hơn hàng nghìn lần so với kích thước của proton.

Leia Também

Nikki Glaser tiết lộ cô không được mời dự đám cưới của Taylor Swift và Travis Kelce

Desmond Bane bắn trúng bảy quả 3 điểm và Magic đánh bại Pistons với tỷ số 113-105 trong Ván 3

IPhone Ultra đánh dấu tên gọi màn hình gập của Apple với lịch ra mắt vào tháng 9

Ngay cả khi không có dấu hiệu của cấu trúc phụ, các nhà khoa học cũng không loại trừ khả năng xảy ra ở quy mô nhỏ hơn. Thí nghiệm hiện tại giới hạn các cấu trúc lớn hơn 10⁻²⁰ m. Điều này tương đương với khoảng một phần trăm nghìn đường kính của một proton.

Kết quả này cũng hạn chế các hiện tượng khác ngoài Mô hình Chuẩn. Các liên kết dị thường của gluon, các hạt giống axion và các chất trung gian vật chất tối có giới hạn chặt chẽ hơn. Phân tích bao gồm một số mô hình lý thuyết trong một ấn phẩm duy nhất.

Tương lai của LHC sẽ mang lại độ chính xác cao hơn

Giai đoạn thứ ba của hoạt động LHC là thu thập dữ liệu mới. Việc nâng cấp HiLumi LHC, dự kiến ​​vào năm 2030, sẽ làm tăng đáng kể tỷ lệ va chạm. Với nhiều số liệu thống kê hơn, các nhà nghiên cứu sẽ giảm bớt độ không đảm bảo trong việc đo góc tán xạ.

Những phép đo chính xác hơn có thể tiết lộ những sai lệch tinh vi hoặc xác nhận thêm hành vi giống điểm của các quark. CMS có kế hoạch tiếp tục tìm kiếm các dấu hiệu vật lý mới trong phân phối máy bay phản lực.

Vật chất thông thường xung quanh chúng ta phụ thuộc vào những hạt này. Bất kỳ khám phá nào về thành phần của nó sẽ ảnh hưởng đến sự hiểu biết về vũ trụ, bao gồm các vấn đề như vật chất tối và sự thống nhất của các lực. Hiện nay, các quark vẫn duy trì vị trí của chúng là các hạt cơ bản.

Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng việc thiếu bằng chứng không chứng minh được sự vắng mặt dứt khoát. Các thí nghiệm trong tương lai với năng lượng cao hơn hoặc các kỹ thuật khác có thể khám phá những khoảng cách thậm chí còn nhỏ hơn. LHC vẫn là công cụ chính cho biên giới này.