Die Entdeckung der Axionen könnte zur Beantwortung einer der rätselhaftesten Fragen der Physik beitragen

Eines der größten Rätsel der heutigen Physik ist das, was Wissenschaftler als „Problem der starken Zerebralparese“ bezeichnen. Angetrieben durch das rätselhafte Phänomen, dass Neutronen nicht mit elektrischen Feldern interagieren, obwohl sie aus Quarks – kleineren Elementarteilchen, die eine elektrische Ladung tragen – bestehen, stellt das leistungsstarke CP-Problem das Standardmodell der Physik bzw. die von Wissenschaftlern verwendeten Theorien in Frage Erklären Sie die Naturgesetze. Seit Jahren.

Ein Team unter der Leitung theoretischer Physiker der University of Minnesota Twin Cities hat einen neuen Weg zur Suche nach Axionen, virtuellen Teilchen, entdeckt, die zur Lösung dieses Rätsels beitragen könnten. In Zusammenarbeit mit experimentellen Forschern am Fermilab National Accelerator Laboratory eröffnet die neue Strategie bisher unerforschte Möglichkeiten für Physiker, Axionen in Teilchenbeschleunigerexperimenten zu entdecken.

Der Artikel der Forscher wurde als Herausgebervorschlag in veröffentlicht und präsentiert Briefe zur körperlichen Untersuchung.

„Als Teilchenphysiker versuchen wir, unser bestes Verständnis der Natur voranzutreiben“, sagte Zhen Liu, Co-Autor der Arbeit und Assistenzprofessor am College of Physics and Astronomy der University of Minnesota. „Wissenschaftler hatten im letzten Jahrhundert enorme Erfolge bei der Suche nach Elementarteilchen mithilfe gut etablierter theoretischer Rahmenbedingungen. Daher ist es sehr rätselhaft, warum Neutronen nicht an elektrische Felder koppeln, obwohl wir dies in unserer bekannten Theorie erwarten würden. Wenn wir Axionen entdecken.“ , es wird ein großer Fortschritt in unserem grundlegenden Verständnis der Struktur der Natur sein.“

Eines der wichtigsten Mittel zur Untersuchung subatomarer Teilchen und möglicherweise zur Entdeckung neuer Teilchen sind Collider-Experimente. Im Wesentlichen zwingen Wissenschaftler Teilchenstrahlen zur Kollision – und wenn sie miteinander kollidieren, erzeugt die von ihnen erzeugte Energie andere Teilchen, die einen Detektor passieren, sodass Forscher ihre Eigenschaften analysieren können.

Die von Liu und seinem Team vorgeschlagene Methode besteht darin, das „Zerfallsprodukt“ zu messen – oder was passiert, wenn ein instabiles schweres Teilchen in mehrere leichtere Teilchen umgewandelt wird – von hypothetischen Achsen bis zu zwei bekannten Teilchen, die im Wesentlichen die schwerere Version eines Elektrons sind. Indem sie von den Myonenbahnen im Detektor aus rückwärts arbeiten, um solche Zerfälle zu rekonstruieren, glauben die Forscher, dass sie eine Chance haben, das Axion zu lokalisieren und seine Existenz zu beweisen.

„Mit dieser Forschung erweitern wir die Möglichkeiten, nach einem Axion zu suchen“, sagte Raymond Kue, Mitautor der Arbeit und Postdoktorand am University of Minnesota College of Physics and Astronomy und am William Fine Institute for Theoretische Physik. „Noch nie haben Menschen den Zerfall von Axionen in Myonen als Möglichkeit zur Suche nach einem Axionteilchen in Neutrino- oder Collider-Experimenten genutzt. Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten, um den Weg für zukünftige Unternehmungen auf unserem Gebiet zu ebnen.“

Liu und Co. stehen zusammen mit Kun Feng Liu, Postdoktorand für Physik und Astronomie an der University of Minnesota, und Subhik Kumar, Postdoktorand an der UCLA, hinter dem theoretischen Teil der Forschung. Es ist Teil der ArgoNeuT-Kollaboration, die Theoretiker und Experimentatoren aus dem ganzen Land zusammenbringt, um Teilchen durch Experimente im Fermilab zu untersuchen.

In diesem Artikel arbeitete das theoretische Team unter der Leitung der University of Minnesota mit experimentellen Forschern zusammen, um eine Axonsuche mithilfe ihrer neuen Methode und vorhandenen Daten aus dem ArgoNeuT-Experiment durchzuführen. Die Forscher planen, die experimentellen Ergebnisse zu nutzen, um ihre theoretischen Berechnungen der Axionproduktionsrate in Zukunft zu verbessern.