2 年前に最初に検出されたペンギン型の異常は、CERN の大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) の最初の実行からのデータの包括的な新しい分析を生き延びた、科学者は今日、イタリアのラ トゥイールでの会議で明らかにしました。
「ペンギンプロセス」と呼ばれる稀な粒子崩壊の予想外の測定値である異常は、発見を構成するほど統計的に有意ではありませんが、LHCの次の2回目の実行で信号が強化された場合、それらを超えた新しい素粒子の存在を意味します標準モデル — 素粒子物理学を 40 年間支配してきた正確だが不完全な方程式。
オックスフォード大学の物理学者であり、2013 年にペンギンの崩壊の統計的増加を最初に検出した LHCb 共同研究のスポークスパーソンである Guy Wilkinson 氏は、次のように述べています。「これは非常に興味深いことです。」
この発見は、LHC が 2 年間のアップグレードを経て、以前の動作エネルギーのほぼ 2 倍になるとはじき出して復活したときにもたらされました。何千人もの素粒子物理学者の希望は、今後数年間にそこに衝突する陽子に乗っており、自然に関する根本的な質問に対する待望の答えをもたらす可能性のあるペタバイトのデータに粉砕されます。ペンギンの異常は、楽観的な理由の 1 つです。 /P>
最初の 10 回のコイン投げで 7 回の表が出て、さらに多くのコインを投げた後に 50 対 50 の比率になってしまうのと同じように、データの予期しない増加のほとんどは、データが蓄積されるにつれて解消されます。しかし、元のサンプル サイズを 3 倍にして、約 2,400 の珍しいペンギンの崩壊を分析した後、LHCb の科学者は異常が減少していないと言います。代わりに、「3.7 シグマ」の推定統計的有意性にとどまりました。つまり、100 回のコイントスで 69 回表が出る場合と同様に、このような大きな変動がランダムに発生する可能性はほとんどありません。物理学者は、実際の効果の発見を主張するために、予想から 5 シグマの偏差を必要とします。これは、100 回のトスで 75 回表を出すことに相当します (その確率は 100 万分の 1 未満です)。
「これを本当に成功させるには、5 月に始まる LHC の次の実行で収集する追加データが必要です」と Wilkinson 氏は述べています。
LHCb が最初に報告して以来、ペンギンの異常性は理論家たちの興味をそそってきました。宇宙のほとんどの物質 (「暗黒物質」を構成する粒子) は、標準モデルから完全に欠落しており、含まれているものは断片的で、より大きなパターンを示唆しているように見えます。物理学者は、より完全な自然の法則の兆候を探すために、歴史上最も強力な機械を構築しました。しかし、LHC での最初の衝突での粒子の形状変化と粉砕の仕方に関するほとんどすべてが、標準モデルの予測と正確に一致していました。ペンギンの 3.7 シグマ異常と、グループが別のペンギン プロセスで検出した別の 2.6 シグマ偏差で、一部の素粒子物理学者は、新しい発見が間近に迫っているというわずかな希望を見ています。
ノーベル賞を受賞したボストン大学の理論物理学者である Sheldon Glashow 氏は、LHCb 異常について議論した後、彼や他のほとんどの専門家が新しい分析結果を知る前に、「私たちは架空の救急車を追跡しています」と語った。 「それは非常に重要な場合もあれば、何もない場合もあります。」
ペンギンの崩壊は、1977 年に物理学者のジョン・エリスによってそのように命名されました。ダーツで負けて、次の学術論文で「ペンギン」という言葉を使用せざるを得なくなったとき、彼は論文で議論されている崩壊の図がたまたま飛べない鳥に似ていることに気付きました。崩壊が興味深いのは、未知の粒子の影響に敏感だからです。ペンギンの崩壊中に、あるタイプのクォークが別のタイプのクォークに変換され、途中で幽霊のような仮想粒子が一時的に発生します。消える前に、仮想粒子 (光子、Z ボソン、または標準モデルの一部ではない他の未知の参加者である可能性があります) は、レプトン-アンチレプトンのペアを放出する可能性があります。 (レプトンは、電子を含む粒子のカテゴリです。) まだ発見されていない粒子がペンギンの崩壊で幽霊のような役割を果たしている場合、予想外のエネルギーと方向の組み合わせでレプトンを放出し、測定値を歪めます。案の定、LHCb の科学者は、いくつかの出て行く粒子の結合エネルギーと方向について、標準モデルとの 3.7 シグマの不一致を測定しました。
関連する 2.6 シグマ異常では、ペンギンのプロセスが他のものよりも多くのレプトンを生成し、「レプトンの普遍性」と呼ばれる標準モデルの規則に違反していることを科学者は発見しました。
研究者は、単一の仮想粒子が両方を説明できるため、2つの異常が互いの認識された重要性を高めたと述べています.ペンギンのプロセスにおけるこの謎の参加者の候補は、仮説上の Z' ボソンやレプトクォークを含めて提案されています。この 2 つの可能性は、クォークとレプトンを理解するためのより完全なフレームワークを示しており、それぞれに 6 つの「フレーバー」がある理由を説明している可能性があります。これは、標準モデルでは提供されていない情報です。ドイツのジーゲン大学の理論素粒子物理学者であるハビエル・バートは、「私たちはフレーバーが何であるかを知りません。 「新しい物理学がこれなのかあれなのかを知ることができれば、おそらく答えを見つけようとすることができるでしょう。」
しかし、Z'ボソンとレプトクォークのモデルは、標準モデルからの逸脱の証拠をほとんど示さない、他の関連する崩壊に粒子が明らかに関与していないことを回避するのに苦労しています。フランスのオルセーにある理論物理学研究所の理論物理学者 Adam Falkowski は、次のように述べています。
LHC が 5 月に粒子同士の衝突を再開すると、LHCb の科学者はペンギンの崩壊を追跡し続け、データの異常が 5 シグマの確実性に達し、「新しい物理学」の間接的な発見を意味することを期待します。一方、ATLAS と CMS として知られる LHC の 2 つの最大の科学的共同研究は、ペンギンの異常の原因である可能性のある新しい粒子を直接検索します — 異常が本物である場合.
これらの異常は、近年LHCbによって測定されたものを含む、高エネルギー実験で検出された他の非常に多くの異常と同じ道をたどる可能性があり、より多くのデータが蓄積されるにつれて横ばいになる可能性があります. 「LHCb には何度も心が折れました」とニュージャージー州プリンストン高等研究所の理論物理学者 Nima Arkani-Hamed 氏は述べています。
より大きく、より強力な粒子コライダーを構築する当面の計画はなく、理論を構築するためのハード 5 シグマ データもないため、素粒子物理学者は、LHC の次の実行中に何かが現れることを切望しています。レプトクォークを支持する人もいれば、暗黒物質を説明し、標準モデルの粒子の質量を説明するのに役立つ可能性がある「超対称性」と呼ばれる理論によって予測される粒子に期待を寄せている人もいます。さらに別の専門家は、2012 年に発見された標準モデルの最後の欠落粒子であるヒッグス粒子のいとこを見つけることを期待しています。
「私はこの今か決してないという感覚を持っています」とファルコウスキーは言いました. 「個人的には、追加のヒッグスのような [粒子] が現れることを最も期待していますが、提供されたものは何でも受け入れます。」
2015 年 3 月 23 日の訂正:元の記事で「Siegen」のつづりを「Seigen」に間違えました。
