在歐洲核子研究中心的廣泛參與基礎(chǔ)上，羅切斯特大學(xué)團隊最近實現(xiàn)了對粒子物理標準模型的重要組成部分--電弱混合角的"難以置信的精確"測量。資料來源：塞繆爾-約瑟夫-赫佐格;朱利安-馬里烏斯-奧爾丹
在探索宇宙奧秘的過程中，羅切斯特大學(xué)的研究人員數(shù)十年來一直參與歐洲核研究組織(通常稱為歐洲核子研究中心)的國際合作。
在廣泛參與歐洲核子研究中心(CERN)工作，特別是參與 CMS(緊湊渺子螺線管)合作項目的基礎(chǔ)上，由喬治-帕克(George E. Pake)物理學(xué)教授阿里-博德克(Arie Bodek)領(lǐng)導(dǎo)的羅切斯特團隊最近取得了突破性的里程碑成果。他們的成果集中于測量電弱混合角，這是粒子物理標準模型的一個重要組成部分。該模型描述了粒子如何相互作用，并精確預(yù)測了物理學(xué)和天文學(xué)中的大量現(xiàn)象。
博德克說："最近對電弱混合角的測量非常精確，它是通過歐洲核子研究中心的質(zhì)子碰撞計算得出的，加強了人們對粒子物理學(xué)的理解。"
CMS合作組織匯集了來自全球各地的粒子物理學(xué)界人士，以更好地了解宇宙的基本規(guī)律。除博德克外，羅切斯特大學(xué)的 CMS 協(xié)作小組成員還包括首席研究員、物理學(xué)教授 Regina Demina 和物理學(xué)副教授 Aran Garcia-Bellido，以及博士后研究助理、研究生和本科生。
羅切斯特大學(xué)的研究人員作為緊湊渺子螺線管(CMS)協(xié)作組的成員，長期在歐洲核子研究中心工作，包括在 2012 年發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。資料來源：塞繆爾-約瑟夫-赫佐格;朱利安-馬里烏斯-奧爾丹
歐洲核子研究中心位于瑞士日內(nèi)瓦，是世界上最大的粒子物理實驗室，以其突破性發(fā)現(xiàn)和尖端實驗而聞名于世。
羅切斯特的研究人員長期在歐洲核子研究中心工作，是 CMS 協(xié)作小組的成員之一，包括在2012 年發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，這種基本粒子有助于解釋宇宙中質(zhì)量的起源。
該合作項目的工作包括收集和分析從歐洲核子研究中心大型強子對撞機(LHC)的緊湊μ介子螺線管探測器收集到的數(shù)據(jù)，LHC是世界上最大、最強大的粒子加速器。大型強子對撞機由17英里長的超導(dǎo)磁體和加速結(jié)構(gòu)組成，建在地下，橫跨瑞士和法國邊境。
大型強子對撞機的主要目的是探索物質(zhì)的基本構(gòu)成元素以及支配它們的力量。為此，它將質(zhì)子或離子束加速到接近光速，并以極高的能量使它們相互撞擊。這些碰撞再現(xiàn)了類似于宇宙大爆炸后幾分之一秒的條件，使科學(xué)家能夠研究粒子在極端條件下的行為。
19 世紀，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電和磁的不同作用力之間存在聯(lián)系：變化的電場會產(chǎn)生磁場，反之亦然。這一發(fā)現(xiàn)構(gòu)成了電磁學(xué)的基礎(chǔ)，它將光描述為波，并解釋了光學(xué)中的許多現(xiàn)象，同時還描述了電場和磁場如何相互作用。
在這一認識的基礎(chǔ)上，物理學(xué)家在 20 世紀 60 年代發(fā)現(xiàn)電磁力與另一種力--弱力--有關(guān)。弱力在原子核內(nèi)運行，負責(zé)放射性衰變和太陽能源生產(chǎn)等過程。這一發(fā)現(xiàn)促成了弱電理論的發(fā)展，弱電理論認為電磁力和弱力實際上是一種統(tǒng)一力的低能表現(xiàn)形式，這種統(tǒng)一力被稱為統(tǒng)一弱電相互作用力。希格斯玻色子等重大發(fā)現(xiàn)證實了這一概念。
最近，歐洲核子研究中心大型強子對撞機上的 CMS 協(xié)作小組通過分析數(shù)十億次質(zhì)子-質(zhì)子對撞，完成了迄今為止與該理論相關(guān)的最精確測量之一。他們的重點是測量弱混合角，這是一個描述電磁力和弱力如何混合在一起產(chǎn)生粒子的參數(shù)。
以前對電弱混合角的測量曾在科學(xué)界引發(fā)爭論。然而，最新的發(fā)現(xiàn)與粒子物理標準模型的預(yù)測非常吻合。羅切斯特大學(xué)研究生 Rhys Taus 和博士后助理研究員 Aleko Khukhunaishvili 采用新技術(shù)最大限度地減少了測量中固有的系統(tǒng)不確定性，從而提高了測量精度。
對弱混合角的理解揭示了宇宙中不同的力如何在最小尺度上共同作用，加深了對物質(zhì)和能量基本性質(zhì)的理解。博德克說："自2010年以來，羅切斯特團隊一直在開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)并測量這些電弱參數(shù)，然后在大型強子對撞機上實施這些技術(shù)。"這些新技術(shù)預(yù)示著對標準模型的預(yù)測進行精確測試的新時代已經(jīng)到來。"
