فيزياء أساسية جديدة؟ ظاهرة لا يمكن تفسيرها لتجربة مصادم الهادرونات الكبير

النتائج التي أعلنتها تجربة LHCb في سيرن كشفت أدلة أخرى للظواهر التي لا يمكن تفسيرها من خلال نظريتنا الحالية للفيزياء الأساسية.

في مارس 2020 ، كشفت التجربة نفسها أن الجسيمات كسرت أحد المبادئ التأسيسية للنموذج القياسي – أفضل نظرية لدينا عن الجسيمات والقوى – مما يشير إلى احتمال وجود جسيمات وقوى أساسية جديدة.

حاليا، تدابير أخرى بواسطة الفيزيائيين في مختبر كافنديش في كامبريدج ، وجدوا تأثيرات مماثلة ، مما عزز حالة الفيزياء الجديدة.

يصف النموذج القياسي جميع الجسيمات المعروفة التي يتكون منها الكون والقوى التي تتفاعل بواسطتها. لقد اجتازت جميع الاختبارات التجريبية حتى الآن ، ومع ذلك يعرف الفيزيائيون أنها يجب أن تكون غير مكتملة. لا يشمل قوة الجاذبية ، ولا يمكنه شرح كيفية إنتاج المادة خلال الانفجار العظيم، ولا يحتوي على جزيئات يمكن أن تفسر المادة المظلمة الغامضة والتي ، وفقًا لعلم الفلك ، أكثر وفرة بخمس مرات من المادة التي يتكون منها العالم المرئي من حولنا.

نتيجة لذلك ، بحث الفيزيائيون منذ فترة طويلة عن علامات فيزيائية تتجاوز النموذج القياسي قد تساعدنا في حل بعض هذه الألغاز.

واحدة من أفضل الطرق للبحث عن جسيمات وقوى جديدة هي دراسة الجسيمات المعروفة باسم كواركات الجمال. هم أبناء عمومة غريبة للكواركات العلوية والسفلية التي تشكل نواة كل منها ذرة.

لا توجد كواركات الجمال بأعداد كبيرة في العالم لأن لها عمرًا قصيرًا بشكل لا يصدق: فهي تعيش في المتوسط ​​على تريليون من الثانية قبل أن تتحول أو تتحلل إلى جسيمات أخرى. ومع ذلك ، يتم إنتاج المليارات من كواركات الجمال كل عام بواسطة مسرع الجسيمات العملاق التابع لـ CERN ، مصادم الهادرونات الكبير ، والذي يتم تسجيله بواسطة كاشف مصمم خصيصًا يسمى LHCb.

كهف LHCb التجريبي في LHC-IP 8. Credit: CERN

يمكن أن تتأثر طريقة اضمحلال كواركات الجمال بوجود قوى أو جسيمات غير مكتشفة. في مارس ، نشر فريق من علماء الفيزياء من LHCb نتائج تظهر أن كواركات الجمال تتحلل في كثير من الأحيان إلى جسيمات تسمى الميونات مقارنة بأبناء عمومتها الأخف وزناً ، الإلكترونات. من المستحيل تفسير هذا في النموذج القياسي ، الذي يعالج الإلكترونات والميونات بشكل متماثل ، بخلاف حقيقة أن الإلكترونات أخف بحوالي 200 مرة من الميونات. نتيجة لذلك ، من المتوقع أن تتحلل كواركات الجمال إلى ميونات وإلكترونات بمعدلات متساوية. وبدلاً من ذلك ، وجد الفيزيائيون في LHCb أن تحلل الميون يحدث فقط بنسبة 85٪ تقريبًا مثل تحلل الإلكترون.

كان الفرق بين نتيجة LHCb والنموذج القياسي حوالي ثلاث وحدات من الخطأ التجريبي ، أو “3 سيجما” كما يطلق عليها في فيزياء الجسيمات. هذا يعني أنه لا يوجد سوى احتمال واحد من كل ألف أن تكون النتيجة ناتجة عن الصدفة الإحصائية.

بافتراض أن النتيجة صحيحة ، فإن التفسير الأكثر ترجيحًا هو أن القوة الجديدة التي تسحب الإلكترونات والميونات بقوى مختلفة تتداخل مع كيفية تحلل كواركات الجمال هذه. ومع ذلك ، للتأكد من أن التأثير حقيقي ، هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لتقليل الخطأ التجريبي. فقط عندما تصل النتيجة إلى عتبة “5 سيجما” ، عندما يكون هناك احتمال أقل من واحد في المليون أن يكون ذلك بسبب الصدفة ، سيبدأ علماء فيزياء الجسيمات في اعتبارها خطأ ، اكتشاف حقيقي.

قال الدكتور هاري كليف من مختبر كافنديش: “حقيقة أننا رأينا نفس تأثير زملائنا في مارس تزيد بالتأكيد من فرص اكتشافنا شيئًا جديدًا”. “من الرائع إلقاء بعض الضوء على اللغز أكثر قليلاً. “

اليوم النتائج فحصت تحللين جديدين لكوارك الجمال من نفس عائلة الاضمحلال المستخدمة في نتيجة مارس. وجد الفريق نفس التأثير: اضمحلال الميون يحدث فقط حوالي 70٪ كلما تحلل الإلكترون. Cette fois, l’erreur est plus importante, ce qui signifie que l’écart est d’environ « 2 sigma », ce qui signifie qu’il y a un peu plus de 2% de chances que cela soit dû à une bizarrerie statistique المعطيات. في حين أن النتيجة غير حاسمة من تلقاء نفسها ، فإنها تضيف مزيدًا من الدعم إلى كومة متزايدة من الأدلة على وجود قوى أساسية جديدة تنتظر من يكتشفها.

قال البروفيسور فال جيبسون ، من مختبر كافنديش: “تتزايد الإثارة في مصادم الهادرونات الكبير مع اقتراب تشغيل كاشف LHCb المعزز والبيانات الأخرى التي تم جمعها والتي ستوفر الإحصاءات اللازمة لادعاء أو دحض اكتشاف كبير”. .