وفقًا لتقرير على الموقع الرسمي للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) يوم 25، في أحدث دراسة، استخدم فريق ATLAS التعاوني في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) بوزون Z، وهو حامل محايد كهربائيًا للقوة الضعيفة، لتحديد قوة القوة الشديدة بدقة قياسية (عدم اليقين أقل من 1٪). وقد تم تقديم الأوراق ذات الصلة إلى مجلة فيزياء الطبيعة.
ينص النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات على أن هناك أربع قوى أساسية في الطبيعة: القوة القوية، والقوة الكهرومغناطيسية، والقوة الضعيفة، والجاذبية، والتي تعتبر القوة القوية التي تربط الكواركات بالبروتونات والنيوترونات والنوى الذرية هي الأقوى. يتم حمل القوة القوية بواسطة الغلوونات، وتسمى قوتها بثابت الاقتران القوي. على الرغم من أن فهم العلماء لثابت الاقتران القوي قد تحسن على مدى سنوات عديدة من القياسات والتطور النظري، إلا أن عدم اليقين بشأن قيمته لا يزال أكبر بعدة مرات من قيمة "رفاقه" الآخرين.
وأشار ستيفانو كاماردا، عالم الفيزياء في سيرن وعضو فريق التحليل، إلى أن قوة القوة الشديدة هي معلمة أساسية للنموذج القياسي، لكن دقتها حاليا لا تتجاوز نسبة قليلة في المئة، في حين أن القوة الكهرومغناطيسية، التي هي أضعف 15 مرة من القوة الشديدة، تبلغ دقتها جزءا واحدا لكل مليار.
من أجل تحسين دقة قياس قوة القوة القوية، قام فريق ATLAS التعاوني بدراسة بوزون Z الناتج عن اصطدام بروتون بروتون في LHC بطاقة تصادم تبلغ 8 تيرا إلكترون فولت (TeV). يتم إنتاج بوزون Z عادةً عندما يفنى كواركان من البروتونات المتصادمة. في هذه العملية، تعمل القوة الشديدة من خلال الغلوونات المشعة من الكواركات المهلكة. يمنح هذا الإشعاع البوزون Z زخمًا عرضيًا، يعتمد حجمه على ثابت الاقتران القوي. ومن خلال القياس الدقيق لتوزيع الزخم العرضي لبوزون Z ومقارنته بالقيم النظرية، يمكن تحديد ثابت الاقتران القوي.
وفي التحليل الأخير، حدد فريق البحث بدقة ثابت الاقتران القوي على مقياس كتلة بوزون Z ليكون 0.1183±0.0009. تبلغ نسبة عدم اليقين النسبي لهذه النتيجة 0.8% فقط، وهو القياس الأكثر دقة للقوة القوية في تجربة واحدة حتى الآن.
وأشار فريق البحث إلى أن القياسات الأكثر دقة لثوابت الاقتران القوية لها أهمية كبيرة: أولاً، يمكنها تحسين دقة الحسابات النظرية لعمليات الجسيمات المتعلقة بالقوة القوية؛ ثانيًا، يمكن أن يساعد في حل بعض الألغاز المهمة التي لم يتم حلها. على سبيل المثال، في الطاقات العالية للغاية، ما إذا كانت جميع القوى الأساسية لها نفس القوة، واستنتاج ما إذا كان لها مصدر مشترك محتمل، وما إذا كانت هناك تفاعلات غير معروفة يمكنها تغيير القوة القوية في عمليات معينة أو في طاقات محددة، وما إلى ذلك.