在大型强子对撞机上解开宇宙基本力的里程碑

罗彻斯特大学的研究人员与欧洲核子研究中心的CMS合作，在测量电弱混合角方面取得了重大进展，增强了我们对粒子物理学标准模型的理解。

他们的工作有助于解释宇宙的基本力量，并得到大型强子对撞机（Large Hadron Collider）等实验的支持，这些实验深入研究了类似于大爆炸后的情况。

揭开宇宙奥秘

为了破解宇宙的奥秘，罗切斯特大学的研究人员几十年来一直参与欧洲核子研究中心（CERN）的国际合作。

基于他们在欧洲核子研究中心的广泛参与，特别是在CMS（紧凑型介子螺线管）合作中，罗切斯特团队由乔治·e·帕克物理学教授Arie Bodek领导，最近取得了突破性的里程碑。他们的成就集中在测量电弱混合角，这是粒子物理标准模型的一个重要组成部分。这个模型描述了粒子如何相互作用，并精确地预测了物理学和天文学中的大量现象。

Bodek说：“最近对电弱混合角的测量非常精确，这是由欧洲核子研究中心的质子碰撞计算出来的，加强了对粒子物理学的理解。”

CMS合作项目汇集了全球粒子物理学界的成员，以更好地了解宇宙的基本定律。除了Bodek, CMS合作项目的罗切斯特队列还包括首席研究员Regina Demina（物理学教授）和Aran Garcia-Bellido（物理学副教授），以及博士后研究助理、研究生和本科生。

欧洲核子研究中心发现和创新的遗产

欧洲核子研究中心位于瑞士日内瓦，是世界上最大的粒子物理实验室，以其突破性的发现和尖端的实验而闻名。

作为CMS合作项目的一部分，罗切斯特大学的研究人员在欧洲核子研究中心工作了很长时间，包括在2012年发现希格斯玻色子（一种有助于解释宇宙质量起源的基本粒子）方面发挥了关键作用。

这项合作的工作包括收集和分析从欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的紧凑型介子螺线管探测器收集的数据，LHC是世界上最大、最强大的粒子加速器。大型强子对撞机由一个17英里长的超导磁体环和加速结构组成，这些结构建在地下，横跨瑞士和法国边境。

大型强子对撞机的主要目的是探索物质的基本组成部分和控制它们的力。它通过将质子束或离子束加速到接近光速，并以极高的能量相互撞击来实现这一目标。这些碰撞重现了类似于大爆炸后瞬间存在的条件，使科学家能够研究极端条件下粒子的行为。

解开统一力

在19世纪，科学家们发现电和磁的不同力量是相互联系的:变化的电场会产生磁场，反之亦然。这一发现形成了电磁学的基础，电磁学将光描述为一种波，并解释了许多光学现象，同时还描述了电场和磁场如何相互作用。

在这种理解的基础上，物理学家在20世纪60年代发现电磁力与另一种力 —— 弱力有关。弱力在原子核内运行，负责诸如放射性衰变和为太阳的能源生产提供动力等过程。这一发现导致了电弱理论的发展，该理论假定电磁力和弱力实际上是一种被称为统一电弱相互作用的统一力的低能量表现。关键的发现，如希格斯玻色子，已经证实了这一概念。

电弱相互作用研究进展

CMS合作项目最近通过在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上分析数十亿次质子-质子碰撞，进行了迄今为止与这一理论相关的最精确测量之一。他们的重点是测量弱混合角，这是一个描述电磁力和弱力如何混合在一起产生粒子的参数。

以前对电弱混合角的测量在科学界引起了争论。然而，最新的发现与粒子物理学标准模型的预测非常吻合。罗彻斯特大学的研究生Rhys Taus和博士后助理研究员Aleko Khukhunaishvili采用了新技术，以最大限度地减少测量中固有的系统不确定性，提高其精度。

了解弱混合角可以揭示宇宙中不同的力是如何在最小尺度上协同工作的，从而加深对物质和能量基本性质的理解。

“罗切斯特团队自2010年以来一直在开发创新技术并测量这些电弱参数，然后在大型强子对撞机上实施，”Bodek说。“这些新技术预示着标准模型预测精确测试的新时代的到来。”