Fisika fundamental baru? Fenomena yang tidak dapat dijelaskan dari eksperimen Large Hadron Collider

Hasil yang diumumkan oleh uji coba LHCb di CERN Lebih banyak petunjuk telah mengungkapkan fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh teori fisika fundamental kita saat ini.

Pada bulan Maret 2020, eksperimen yang sama merilis bukti bahwa partikel melanggar salah satu prinsip dasar Model Standar — teori partikel dan gaya terbaik kami — yang menunjukkan kemungkinan partikel dan gaya fundamental baru.

saat ini, Lebih banyak pengukuran Oleh fisikawan di Laboratorium Cavendish di Cambridge, mereka menemukan efek serupa, memperkuat kasus fisika baru.

Model Standar menggambarkan semua partikel yang diketahui yang membentuk alam semesta dan gaya-gaya yang berinteraksi dengan mereka. Ini telah melewati setiap tes eksperimental sejauh ini, namun fisikawan tahu itu pasti tidak lengkap. Itu tidak termasuk gaya gravitasi, dan tidak dapat menjelaskan bagaimana materi dihasilkan selama ledakan besarItu tidak mengandung partikel yang dapat menjelaskan materi gelap misterius yang menurut astronomi lima kali lebih berlimpah daripada hal-hal yang membentuk dunia yang terlihat di sekitar kita.

Akibatnya, fisikawan telah lama mencari tanda-tanda fisik di luar Model Standar yang dapat membantu kita mengatasi beberapa misteri ini.

Salah satu cara terbaik untuk mencari partikel dan gaya baru adalah dengan mempelajari partikel yang dikenal sebagai quark kecantikan. Ini adalah sepupu aneh dari quark atas dan bawah yang membentuk inti masing-masing Jagung.

Kuark kecantikan tidak ada dalam jumlah besar di seluruh dunia karena mereka sangat berumur pendek – mereka hidup rata-rata hanya sepertriliun detik sebelum berubah atau membusuk menjadi partikel lain. Namun, miliaran quark kecantikan diproduksi setiap tahun oleh akselerator partikel raksasa CERN, Large Hadron Collider, yang direkam oleh detektor khusus yang disebut LHCb.

Gua Percobaan LHCb di LHC- IP 8. Kredit: CERN

Cara peluruhan quark kecantikan dapat dipengaruhi oleh keberadaan gaya atau partikel yang belum ditemukan. Pada bulan Maret, tim fisikawan LHCb merilis hasil yang menunjukkan bukti bahwa quark kecantikan terurai menjadi partikel yang disebut muon lebih jarang daripada rekan-rekan mereka yang lebih ringan, elektron. Tidak mungkin untuk menjelaskan hal ini dalam Model Standar, yang memperlakukan elektron dan muon secara identik, terlepas dari fakta bahwa elektron sekitar 200 kali lebih ringan dari muon. Akibatnya, beauty quark harus meluruh menjadi muon dan elektron dengan kecepatan yang sama. Sebaliknya, fisikawan LHCb menemukan bahwa peluruhan muon hanya terjadi sekitar 85% lebih sering dengan peluruhan elektron.

Perbedaan antara hasil LHCb dan Model Standar adalah sekitar tiga unit kesalahan eksperimental, atau “3 sigma” seperti yang dikenal dalam fisika partikel. Ini berarti bahwa hanya ada satu-dalam-seribu kemungkinan hasil yang disebabkan oleh peluang statistik.

Dengan asumsi hasilnya benar, penjelasan yang paling mungkin adalah bahwa gaya baru yang menarik elektron dan muon dengan gaya yang berbeda mengganggu bagaimana quark kecantikan ini meluruh. Namun, untuk memastikan apakah efeknya nyata, diperlukan lebih banyak data untuk mengurangi kesalahan eksperimental. Hanya ketika hasilnya mencapai ambang “5 sigma”, ketika ada kemungkinan kurang dari satu dalam sejuta hal itu karena kebetulan acak, fisikawan partikel akan mulai menganggapnya sebagai penemuan nyata.

“Fakta bahwa kami melihat efek yang sama yang dilihat rekan-rekan kami pada bulan Maret tentu saja meningkatkan kemungkinan bahwa kami benar-benar berada di ambang menemukan sesuatu yang baru,” kata Dr. Harry Cliff dari Laboratorium Cavendish. “Ini bagus untuk menjelaskan lebih banyak misteri.”

Hari ini kalender Periksa dua quark kecantikan baru yang membusuk dari keluarga peluruhan yang sama seperti yang digunakan dalam hasil Mars. Tim menemukan efek yang sama – peluruhan muon hanya terjadi sekitar 70% saat elektron meluruh. Kali ini kesalahannya lebih besar, yang berarti deviasinya mendekati “2 sigma”, yang berarti ada sedikit lebih dari 2% kemungkinannya sebagai akibat dari cacat statistik pada data. Sementara temuan itu sendiri tidak konklusif, itu menambah dukungan lebih lanjut ke tumpukan bukti yang berkembang bahwa kekuatan fundamental baru sedang menunggu untuk ditemukan.

Profesor Val Gibson mengatakan: “Kegembiraan sedang dibangun di Large Hadron Collider karena detektor LHCb yang ditingkatkan akan diluncurkan dan mengumpulkan lebih banyak data yang akan memberikan statistik yang diperlukan untuk mengklaim atau menolak penemuan besar.” Laboratorium Cavendish.