ידענים: אוניברסיטת תל אביב | פיסיקה קוונטית

מאת 15 ביולי 2010 17 תגובות

פיסיקאים מאוניברסיטת ת"א משתתפים בניסוי שיצא השבוע לדרך בחיפוש אחר עדות לקיומו של כח חמישי בטבע.

מתקן המאיץ ע"ש ג'פרסון בוירג'יניה

מתקן המאיץ ע"ש ג'פרסון בוירג'יניה

אחד ההישגים הגדולים של הפיסיקה ב 50 השנה האחרונות הוא היכולת לייחס את כל תופעות הטבע כפועל יוצא של ארבעה כוחות בסיסיים בלבד. פעולת כוחות אלו מתוארת על ידי מודלים אשר קיבלו יחדיו את השם "המודל הסטנדרטי". כאשר כח פועל בין חלקיק אחד למשנהו, פעולתו מועברת ביניהם על ידי "נושא כח". לכל אחד מארבעת הכוחות יש נושאי כח משלו. המוכר ביותר מבניהם הוא הפוטון, חלקיק של אור, שהוא נושא הכח החשמלי. תכונותיו של נושא הכח משפיעות על תכונותיו של הכח. הפוטון למשל הוא חסר מסה ונע ללא הפרעה למרחקים ארוכים וכך מעניק טווח פעולת ארוך לכח החשמלי.

מאמץ מחקרי רב מתמקד בחיפוש אחר תופעות שהנן "מעבר למודל הסטנדרטי" כלומר לא מתוארות על ידי הכוחות המוכרים לנו. ניסיון אחד כזה יצא לדרך השבוע במעבדה ע"ש ג'פרסון בוירג'יניה, ארה"ב. שמו של הניסוי הוא “A Prime EXperiment” ומטרתו היא לחפש עדות לקיומו של כח חמישי בטבע, ועמו נושא כח חדש. לנושא הכח הזה, שטרם התגלה, יש כבר שם – הוא נקרא “A-פריים" ותכונותיו דומות מאוד לאלו של הפוטון עם הבדל קטן: לA-פריים תהיה מסה קטנה בעוד שלפוטון אין מסה כלל. אם קיים כח כזה, עצמתו תהיה נמוכה מאוד ולכן קשה לגלות אותו בניסוי, ואכן הוא לא נצפה עד היום.

במעבדה ע"ש ג'פרסון פועל מאיץ אלקטרונים אשר מיצר קרן אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוה. בניסוי, מציבים בדרכם של האלקטרונים מטרה עשויה מחוטי טונגסטן דקים. מכשירי המעבדה מכוונים לזהות אירועים שבהם אלקטרון פגע במטרה וכתוצאה מהפגיעה נפלט A-פריים אשר הופך מיד לאחר מכן לזוג של אלקטרון ופוזיטרון.

קבוצת המחקר בפיסיקה גרעינית ניסיונית של אוניברסיטת ת"א בראשות פרופ' אלי פיסצקי, משתתפת בביצוע הניסוי. ישי פומרנץ, דוקטורנט בקבוצה מסביר: “אם אכן קיים A-פריים כזה הסיכוי שלו להיווצר ולהפוך לזוג אלקטרון-פוזיטרון קטן מאוד, לכן ההצלחה של הניסוי טמונה ביכולת להפגיז את המטרה בקצב גבוה של אלקטרונים. מצד שני, זוגות של אלקטרון ופוזיטרון נוצרים בקלות כתוצאה מתהליכים אחרים, וחשוב שמכשירי המדידה יהיו מסוגלים לזהות בזמן אמת את הזוגות שנוצרו בהכרח על ידי A-פריים, מבין עשרות אלפי החלקיקים שעוברים בגלאים בכל שניה”. הצוות מאוניברסיטת ת"א אחראי על כיול הגלאים שמזהים איזה סוג חלקיק עובר בגלאי.

הניסוי סיים השבוע את חלקו הראשון, שבו התבצעה הוכחת התכנות של יכולות המכשירים לבצע את המדידה בדיוק הנדרש. בשלב הבא תתבצע מדידה על פני חודש ימים ואז ינותחו הנתונים, אז ידעו המדענים לומר בדיוק רב האם מצאו עדות לקיומו של כח חמישי בטבע.

17 תגובות ל “האם יש לנו עוד כח?”

  1. אהוד

    צבי

    ניסיתי היום לברר עוד על התאוריה מאחורי הניסוי במעבדת גפרסון אבל לא הצלחתי. בנוסף כנראה שטעיתי והטעיתי אותך בתשובתי הקודמת, ההרחבות הפשוטות של המודל הסטנדרטי לא מתקבלות מהוספת סימטריה U1 למודל, אלא מהנחה של סימטריה SU2 נוספת או מספר סימטריות SU2 נוספות. שבירה של אחת מחבורות ה-SU2 בסקלה של TeV נותנת חלקיק W-prime וגם חלקיק Z-prime נוספים כאשר חלקיק ה-Z הוא הפוטון המסיבי. ניתן לקרוא על כך יותר בערך המתאים ל- מW' and Z' bosons בויקיפדיה. אני מתנצל על המידע החלקי.

  2. אהוד

    צבי

    אני חושב שבבסיסה הטענה היא טריוויאלית קרי כל הרחבה של המודל הסטנדרטי
    תלווה בכוח נוסף המתאים לסימטריה הנוספת. אחת ההרחבות הפשוטות היא
    להוסיף לתאוריה סימטריה U1 נוספת.

    ספציפית לניסוי במעבדת ג'פרסון אנסה לברר יותר מחר ולחזור אליך.

  3. צבי

    אהוד,

    האם ידועים לך יותר פרטים על אודות הכוח החמישי הזה והסיבות להנחת קיומו?

  4. ישי

    הסבר לגבי זיהוי החלקיק אשר יצר את הזוג אלקטרון-פוזיטרון:

    הזוג מתגלה על ידי שני ספקטרומטרים בעלי דיוק גבוה במדידת התנע והזווית של החלקיקים שעוברים דרכם.
    מתוך מדידת התנע והזווית של הזוג, ניתן לשחזר על ידי שימור אנרגיה ושימור תנע את התנע והאנרגיה של החלקיק שיצר אותם.
    במקרה שפוטון יצר אותם, האנרגיה תהיה שווה לתנע מכיוון שלפוטון אין מסה. אם לעומת זאת ישנו הפרש קטן בין האנרגיה לבין התנע של החלקיק שיצר אותם, ההפרש הוא המסה של אותו A פריים.

  5. נטר

    אהוד,

    הסבר מענין, אך נדמה לי שהדברים האלו ידועים כבר לאבנר.

    שיהיה בהצלחה

  6. אהוד

    א. בן נר

    בהתחלה הסבר קצת טכני איתך הסליחה:
    כוחות בטבע מוגדרים על ידי חלקיקי הכיול החלקיקים המעבירים את הכח בין שני חלקיקים. כוחות גם נקבעים מסימטריות של התאוריה. הדרישה שסימטריה מסויימת היא לוקלית נותנת חופש כיול. שדה הכיול הוא נושא האינטראקציה. במקרה שלפנינו מוגדרת סימטריה נוספת לתאוריה סימטריית כיול U1 אותה הסימטריה של הפוטון אבל החלקיק הנושא אותה הוא מסיבי ולכן אינו שקול לפוטון.

    בשורה החתונה ההנחה כי קיים חלקיק נוסף A-prime מסיבי מגדירה סימטריה לוקלית נוספת של התאוריה לכן מדובר בכוח חדש. לא די כי החלקיק ידעך לחלקיים מוכרים כדי להגיד שיש לנו אותם כוחות.

    אתן לך דוגמא (שהיא לא כל כך טובה אבל אולי תעזור להסבר הצולע שלי). אטום מעורר יכול לעבור דעיבת ביטא תהליך המערב את הכוח החלש הפוזיטרון הנפלט מהגרעין יכול לבצע אנהילציה עם אלקטרון שיוב ברמות האלקטרוניות ובסוף התהליך מתקבל זוג פוטונים. הייתה יכול לטעון כי הכוח החלש הוא רק הרחבה של הכוח האלקטרומגנטי אבל לא כך הם פני הדברים.

  7. א.בן נר

    השאלה שאני שואל היא, האם מוצדק לכנות את ה- A-prime כ"כוח חמישי".
    הרי הצמד אלקטרון-פוזיטרון הנוצר מהתפרקות ה-A-prime , מבצע אניהילציה
    אלקטרון-פוזיטרון שבסופה כל אנרגיית המסה שלהם הופכת לפוטונים.
    ל"אור"(תרתי משמע) זאת, נכון יותר אולי לתאר את ה-A-prime כחלק או כשלב
    המקדים, הראשוני של הכח הא.מ. יתכן אף כי זאת הסיבה לשמו, דהיינו :
    (השלב המקדים, הראשוני של הכח הא.מ) = (A-prime)
    וכל זאת מבלי להמעיט בחשיבות התאוריה והגילוי (אם וכש..)

  8. גיל דותן

    זה נראה אם ככה כמו חלק אחר בפאזל של מה שחסר היום לאזן את המשוואה הגדולה של היקום, אם זה כחומר אפל או אנרגייה אפלה או כח חמישי.

    אני מבין שהדבר נובע מניסיונות יצירתיים,
    אז שיהיה בהצלחה לכולם 😉

    ותודה צבי על התשובות ….

  9. צבי

    שגיתי באמירתי כי הכוח צפוי לעבוד בטווחים קצרים בלבד.
    נראה כי זה תלוי בתיאוריה.

    נראה לי שעבור החלקיק עליו מדובר בכתבה דווקא צדקתי, שכן מדובר על חלקיק מאסיבי ולכן טווח פעולתו מוגבל

  10. צבי

    גיל,

    שאלתך מוצדקת מאד ולמעשה אני מרגיש כי המאמר מפספס את העיקר בכך שהוא כלל לא מסביר את המוטיבציה לחיפושו של כוח נוסף.

    על כל פנים,
    ישנן תורות (דוגמת תורת קלוצה קליין הידועה) החוזות קיומו של כוח נוסף מעוצמה דומה לעוצמתה של הכבידה, אלא שבניגוד אליה הוא צפוי לפעול במרחקים קצרים ביותר בלבד. הערך בויקיפדיה לא מספיק מסודר ונראה כי אצטרך לקרוא קצת יותר על מנת להבין – מבטיח לשתף בהבנות שארכוש.

    בינתיים,
    http://en.wikipedia.org/wiki/Fifth_force

  11. סבדרמיש יהודה

    למר anti-crank

    למה אתה חושב שדעתך תיגרום לי להחליט אם להגיב או לא להגיב על מאמרים?
    אם יש לך בעיה עם דעתי אז חסוך מזמנך ואל תקרא אותה.
    לגיל דותן
    באמת היה חשוב להסביר בשביל מה אנו זקוקים לחלקיק הנ"ל ואיזה פונקציה הוא אמור למלא.
    יום טוב
    סבדרמיש יהודה

  12. anti-crank

    מר סבדרמיש, למה לסקפטיות או לאי הסקפטיות שלך יש איזשהי רלוונטיות לידיעה? את מי זה צריך לעניין מה אתה חושב על דברים שהם לחלוטין מעבר להשגתך?

  13. גיל דותן

    איזו מתמטיקה עומדת מאחורי זה ?

    איך הגיעו למסקנה שייתכן שיש כזה כוח ? יש משוואות שמאשרות את זה ?

    זאת אומרת אני מבין את הרצון לחשוב לא רק במונחים של מודל סטנדרטי,
    אלה מחוץ לקופסא…. רק ככה מתקדמים אבל מאיפה הביאו את החלקיק הנ"ל ?

  14. עמי בכר

    מר סבדרמיש היקר, שלום רב
    אני חושב שבמקרה הזה, בניגוד למקרה המסה האפלה, כאן דווקא סיכויים הם תוצאה לא כל כך רעה כי בעקבות הניסוי הראשון אפשר לתכנן ניסויים עתידיים עם זמן ארוך יותר וכו' בהם יגדילו את ההסתברות לתוצאות המטרה ויוכלו אולי להבדיל בינייהם לבן תוצאות הרקע. יתכן שחודש לא מספיק – אולי צריך להריץ את האלקטרונים שנתיים כדי לקבל תוצאה שונה משמעותית ממצבי הרקע. בעניין מסה אפלה זה אולי מסובך יותר

  15. סבדרמיש יהודה

    איך יבדילו בין זוגות פוזיטרון אלקטרון רגילים לזה ה של A פריים?, עי סיכויים?
    עוד מעט תתפרסם ידיעה שנתגלה חלקיק A פריים בסיכוי של 80% שהוא אפילו יותר מהסיכוי של 75% של חלקיק המסה האפלה!
    אני סקפטי.
    לילה טוב
    סבדרמיש יהודה.

הוספת תגובה

  • (will not be published)