Massa boson tertinggi W mengacu pada lubang di perisai Model Standar

Itu Model Standar Fisika Partikel Ini telah bertahan dari ujian yang ketat setelah pengujian selama beberapa dekade, dan Menemukan Higgs boson Pada tahun 2012 ini memberikan potongan teka-teki observasional terakhir. Tapi itu tidak menghentikan fisikawan untuk terus-menerus mencari fisika baru di luar prediksi model. Faktanya, kita tahu bahwa model itu pasti tidak lengkap karena tidak memasukkan gravitasi dan tidak menjelaskan keberadaan materi gelap di alam semesta. Ia juga tidak dapat menjelaskan tingkat percepatan ekspansi alam semesta, yang oleh banyak fisikawan dikaitkan dengan energi gelap.

Petunjuk terbaru tentang bagaimana Model Standar mungkin perlu direvisi berasal dari pengukuran akurat baru dari boson W oleh kolaborasi CDF II Fermilab. Pengukuran ini menghasilkan massa yang lebih tinggi secara statistik signifikan untuk boson W daripada model standar yang diprediksi — dalam tujuh standar deviasi, menurut kertas baru Diterbitkan di jurnal Science. Ini juga bertentangan dengan pengukuran presisi sebelumnya dari massa boson W.

“Nilai massa W boson yang sangat tinggi yang dilaporkan oleh CDF Collaboration secara langsung menantang elemen fundamental di jantung Model Standar, di mana pengamatan eksperimental dan prediksi teoretis dianggap telah mapan dan dipahami dengan baik,” tulisnya di Universitas California, Santa Barbara.) dan Martin Mulders (CERN) perspektif yang menyertai. “Penemuan ini… menawarkan perspektif baru yang menarik tentang pemahaman terkini tentang struktur fundamental materi dan gaya di alam semesta.”

Karena itu, fisikawan telah berada di sini sebelumnya: dibingungkan oleh petunjuk fisika baru yang menarik hanya untuk harapan mereka pupus saat lebih banyak bukti muncul. Klaim yang luar biasa membutuhkan bukti yang luar biasa, dan ini tentu saja merupakan klaim yang luar biasa. “Jika ini benar, itu penting karena Model Standar akan salah,” kata Clifford Cheung, fisikawan di Institut Teknologi California, kepada Ars. “Tetapi ketidaksepakatan yang tampak dalam persidangan membutuhkan kehati-hatian yang luar biasa.”

Model Standar menggambarkan blok bangunan dasar alam semesta dan bagaimana materi berevolusi. Blok ini dapat dibagi menjadi dua kelompok dasar: fermion dan boson. Fermion menyusun semua materi di alam semesta, termasuk lepton dan quark. Lepton adalah partikel yang tidak terlibat dalam menyatukan inti atom, seperti elektron dan neutrino. Tugas mereka adalah membantu materi berubah melalui peluruhan nuklir menjadi partikel dan unsur kimia lain, menggunakan gaya nuklir lemah. Quark menyusun inti atom.

Boson adalah ikatan yang menyatukan partikel lain. Boson bergerak dari satu partikel ke partikel lain, dan ini menyebabkan munculnya gaya. Ada empat boson pengukuran yang berhubungan dengan gaya. Gluon terkait dengan gaya nuklir kuat: ia “merekatkan” inti atom bersama-sama. Foton membawa gaya elektromagnetik yang menyebabkan cahaya muncul. Boson W dan Z membawa gaya nuklir lemah dan menyebabkan berbagai jenis peluruhan nuklir. Lalu ada Higgs boson yang merupakan manifestasi dari medan Higgs. Bidang Higgs adalah entitas tak terlihat yang meliputi alam semesta. Interaksi antara medan Higgs dan partikel membantu memberikan partikel dengan massa, dengan partikel yang berinteraksi lebih kuat dan memiliki massa yang lebih besar.

Boson W adalah blok bangunan fundamental dari Model Standar, dan meningkatkan pengukuran massanya membantu fisikawan terus meningkatkan dan menguji Model Standar. Tapi itu adalah pengukuran yang sulit. Sebagai Editor Ilmu Ars John Timmer Disebutkan pada tahun 2012:

[The W boson] saya adalah penemuan pertama pada 1980-an di akselerator SPS CERN, yang sekarang menjadi bagian dari Pengumpanan rantai akselerator LHC. Sejak itu, beberapa akselerator telah menghasilkan cukup W untuk memperkirakan massanya, semuanya menempatkannya di atas 80 GeV, dalam kisaran kesalahan sekitar 100 MeV…

Karena kami tidak dapat secara langsung mendeteksi boson W dengan perangkat tersebut, para peneliti harus menambahkan massa dan energi yang dilepaskan saat mereka meluruh. Ini termasuk energi yang dibawa oleh foton apa pun, massa dan momentum partikel, dan perkiraan energi apa pun yang dibawa oleh neutrino yang bergerak cepat, yang melewati detektor tanpa jejak. Kesalahan yang tersisa dalam estimasi massa berasal dari ketidakpastian dalam berbagai proses ini.

Tim CDF II menyisir data yang direkam selama 10 tahun, berjumlah sekitar 4 juta peristiwa filter boson W, dan menghasilkan massa 80,433GeV, ±0,9.4. Ini kontras dengan pengukuran massa boson W sebelumnya, termasuk yang dilakukan oleh CDF II pada tahun 2012 (80.387 GeV, ± 0,02) dan Atlas di CERN. di 2018 (80.370GeV, ±19).

“Ini adalah hasil yang membingungkan, karena tidak hanya banyak ketegangan dengan Model Standar – yang dengan sendirinya tidak akan seburuk yang diperkirakan. [new] Pencarian fisika kemungkinan akan dilakukan oleh Large Hadron Collider – tetapi juga agak tegang dengan pengukuran sebelumnya, fisikawan Caltech Michel Babuchi mengatakan kepada Ars.