Partikel itu tampaknya lebih berat daripada yang dinyatakan teori

Setelah bertahun-tahun melakukan analisis, tim fisikawan menyimpulkan bahwa apa yang disebut boson W memiliki massa lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya. Ini bisa menunjukkan partikel baru.

Dengan sendirinya, kami memiliki teori partikel yang berfungsi dengan baik dan gaya yang bekerja di antara mereka: Model Standar. Masalahnya adalah teori ini tidak bisa menjelaskan semuanya. Misalnya, gravitasi bukan bagian darinya. Dan juga materi gelap Benda tak kasat mata yang membentuk sekitar 84 persen alam semesta tidak terbuat dari partikel yang ditemukan dalam Model Standar ini.

Inilah mengapa selalu menyenangkan ketika itu adalah sebuah file Penskalaan tampaknya tidak cocok dengan model standarKarena ini bisa menjadi indikasi pertama partikel, gaya, atau fenomena lain yang masih berada di luar Model Standar – yang darinya sejumlah pertanyaan terbuka dapat dijawab. Contoh terbaru: massa boson W, yang menurut tim di balik eksperimen partikel CDF II Amerika, sedikit lebih besar daripada Model Standar yang digambarkannya.

partikel pembawa pesan

Pertama-tama, jenis partikel apa yang kita bicarakan di sini? Model Standar berisi tiga gaya, atau tiga cara partikel dapat berinteraksi satu sama lain. Ini adalah gaya elektromagnetik, gaya kuat (nuklir), dan gaya lemah (nuklir).

Untuk masing-masing gaya ini ada satu atau lebih “partikel pembawa pesan”. Misalnya, partikel yang menarik atau menolak karena perubahan gaya elektromagnetik foton Dari. Kekuatan intens ditransmisikan oleh apa yang disebut gluon. dan partikel pembawa pesan gaya lemah, yang berperan dalam peluruhan radioaktif, antara lain, yang disebut boson W dan Z.

Ini adalah boson W. Kita tahu bahwa beratnya harus sekitar delapan puluh kali lipat dari proton dan neutron – partikel yang membentuk inti atom. Fisikawan partikel telah mencoba untuk menentukan dengan lebih tepat apa massa itu selama beberapa dekade.

Mereka melakukan ini dengan menggunakan akselerator partikel seperti Large Hadron Collider (LHC) di dekat Jenewa. Di dalamnya, partikel bertabrakan satu sama lain dengan kecepatan luar biasa, yang mengarah pada pembentukan partikel lain. Satu partikel yang dapat muncul dalam tumbukan seperti itu adalah boson W. Partikel ini kemudian meluruh dalam sepersekian detik menjadi partikel lain yang lebih ringan, tetapi dari partikel lain tersebut Anda dapat menyimpulkan – dengan susah payah dan usaha – apa yang harus dilakukan boson berat W berumur pendek.

hasil yang mengejutkan

Fisikawan di belakang detektor penabrak di Fermilab II (CDF II) kini telah membuat yang terakhir dengan akurasi dua kali lipat dari pengukuran sebelumnya. Mereka menggunakan data yang agak ‘ketinggalan zaman’: eksperimen CDF merekam tabrakan pada akselerator partikel Amerika Tevatron, yang sudah dihentikan pada tahun 2011. Namun data yang dihasilkan oleh mesin ini masih dianalisis.

Dan dalam kasus ini, analisis semacam itu menghasilkan hasil yang benar-benar mengejutkan. Berdasarkan lebih dari 4 juta tumbukan partikel yang menghasilkan boson W, ilmuwan CDF telah mencapai massa 80,433 megaelektronvolt (MeV). (Volt elektron adalah satuan massa yang lebih disukai oleh fisikawan partikel. Sebuah proton atau neutron memiliki berat sekitar 1 elektron volt.)

Mengapa ini gila? Karena Anda juga dapat menghitung massa boson W menggunakan bentuk standar. Kemudian Anda menghubungkan massa semua jenis partikel lain, seperti yang ada di Higgs boson ditemukan pada tahun 2012.maka Anda mendapatkan … 80.357 MeV.

foton gelap

Apa yang dapat menyebabkan perbedaan antara massa yang dihitung dan diukur dari boson W? Misalnya, karena partikel yang belum teramati dalam eksperimen, karena terlalu berat atau karena terlalu sedikit menunjukkan dirinya. “Partikel tersebut dapat mengubah massa yang diharapkan dari boson W,” kata fisikawan partikel CERN Martin Boncamp, yang tidak terlibat dalam studi CDF.

Partikel seperti apa yang seharusnya? Omong-omong, dalam artikel mereka, cerita sampul jurnal ilmiah untuk mengetahuiCendekiawan CDF mencantumkan sejumlah opsi. Higgs boson mungkin diam-diam terbuat dari partikel yang lebih kecil. Atau siapa tahu, mungkin ada yang disebut “foton gelap” yang hampir tidak berinteraksi dengan materi biasa.

Tapi kami sebenarnya tidak tahu pada saat ini. Boncamp memperkirakan bahwa “lusinan makalah teoretis kemungkinan akan muncul dalam beberapa minggu dan bulan mendatang untuk memeriksa implikasi dari temuan ini.”

hati-hati

Pada saat yang sama, kita seharusnya tidak terlalu keras pada diri kita sendiri. “Hasil CDF sangat berbeda dari pengukuran sebelumnya – termasuk pengukuran CDF itu sendiri,” kata Boncamp. “Jadi harus hati-hati. Karena ini hasil yang luar biasa, sama sekali berbeda dari model standar, kami harus ekstra hati-hati.”

Apa yang ada di balik hasil jika itu bukan partikel atau fenomena baru? Menurut Boonekamp, ​​analisis empiris tim CDF sangat bagus – tetapi tim menggunakan perhitungan teoretis yang sudah ketinggalan zaman. Tim tidak menyebutkan banyak perkembangan di bidang ini selama 20 hingga 25 tahun terakhir. Masih harus dilihat apakah ini signifikan bagi temuan mereka. Tapi saat ini itu adalah poin penting yang menarik.”

konsekuensi jangka panjang

Langkah penting berikutnya adalah melihat apakah tim lain dapat mengonfirmasi hasilnya. Mata terutama terfokus pada berbagai eksperimen yang mempelajari tumbukan pada akselerator partikel LHC. Sejauh ini, mereka masih jauh dari tim CDF dalam hal akurasi, “tetapi mereka bekerja untuk mencapai level yang sama,” kata Boncamp.

Selain itu, data yang dikumpulkan dengan eksperimen Tevatron lain, D0, dapat ditinjau kembali, tulis fisikawan partikel Claudio Campaniari dan Martin Mulders dalam komentar di artikel CDF. dan akselerator partikel futuristik seperti yang memiliki panjang 100 km bertabrakan cincin futuristik Itu juga akan dapat berbicara lebih banyak tentang massa boson W – tetapi itu dalam jangka panjang.

Saat ini kita hanya berbicara tentang satu tim yang datang dengan analogi yang mengejutkan. Pengukuran yang dapat memiliki konsekuensi luas – tetapi juga dapat diabaikan jika fisikawan lain menerkamnya.