ヨーロッパの大型ハドロン衝突型加速器で陽子が衝突する際に発生する一連の混沌としたイベントの中で、奇妙な方法でバラバラになったように見える 1 つの粒子が出現しました。
すべての目は、クォーク粒子のくびき対である B 中間子にあります。以前に予想外の B 中間子の挙動の気配を捉えた大型ハドロン衝突型加速器ビューティー実験 (LHCb) の研究者は、いくつかの新しい基本的な粒子または効果がそれらに干渉していることを決定的に証明することを期待して、粒子を特徴とするまれな衝突イベントを記録することに何年も費やしてきました。 /P>
3 月のセミナーで最初に発表された彼らの最新の分析で、LHCb 物理学者は、B 中間子の崩壊を含むいくつかの測定値が素粒子物理学の標準モデルの予測とわずかに矛盾することを発見しました。単独で見ると、それぞれの異常性は統計的な変動のように見え、以前に発生したように、それらはすべて追加データで蒸発する可能性があります.しかし、それらの集合的なドリフトは、逸脱が標準モデルを超えてより完全な理論につながるパンくずリストである可能性があることを示唆しています.
LHCb の一部であるインペリアル カレッジ ロンドンの素粒子物理学者である Mitesh Patel は、次のように述べています。
B中間子は、宇宙の目に見える物質のほとんどを占める6つの基本的なクォーク粒子の1つであるボトムクォークを含むため、そのように名付けられました.理由は不明ですが、クォークは重、中、軽の 3 つの世代に分けられ、それぞれが反対の電荷を持つクォークを持っています。より重いクォークはより軽いバリエーションに崩壊し、ほとんどの場合電荷も切り替えます。たとえば、B 中間子の負に帯電した重いボトム クォークが 1 世代落ちると、通常は中重量の正に帯電した「チャーム」クォークになります。
LHCb の共同研究では、粒子の山積みの残骸からこの規則の例外を探しています。彼らが目にする100万回のBメソン崩壊ごとに、1つのフリンジイベントが、反抗的なボトムクォークが代わりに「奇妙な」クォークに変態し、世代を落としますが、その負の電荷を維持することを示しています.標準モデルは、これらのイベントの発生率が非常に低いことと、それらがどのように展開するかを予測しています。しかし、それらは非常にまれであるため、未発見の粒子や効果による微調整は明らかなはずです.
LHCb の新しい分析では、約 4,500 のまれな B 中間子崩壊がカバーされ、2015 年の以前の研究のデータがほぼ 2 倍になりました。実験者が粒子間のさまざまな角度を標準モデルによって予測された角度と比較すると、予想されたパターンからのずれが見つかりました。異常な角度の全体的な重要性は、前回の分析以降わずかに増加しており、研究者は、新しい測定値もより統一されたストーリーを語っていると述べています。 「突然、さまざまな角度の観測量間の一貫性が大幅に向上しました」と、数値の計算を支援した LHCb 研究者の Felix Kress 氏は述べています。
統計的には、角度パターンのずれは、コインを 100 回投げて 66 回表が出るのに相当し、通常は 50 回程度です。公正なコインの場合、このような逸脱の確率は約 1,000 分の 1 です。
しかし、大量の粒子衝突の中で、統計的な変動が発生することは避けられないため、1,000 分の 1 の偏差は、標準モデルとの破綻の確固たる証拠にはなりません。そのためには、物理学者は十分な量の B 中間子崩壊を蓄積して、170 万分の 1 の偏差を示す必要があります。シンシナティ大学の理論物理学者であるジュレ・ズパンは、「これが新しい物理学である場合、十分に重要ではない」と現在の更新について述べています。
それでも、観察されたパターンは、クォーク以外の物質粒子の他のカテゴリーであるレプトン族のB中間子崩壊生成物で何かがずれていることを示唆しています.クォークのように、レプトンは重い世代、中程度の世代、軽い世代 (それぞれタウ粒子、ミューオン、電子と呼ばれます) に分類されます。標準モデルは、質量を除いてすべて同一であると言います。各 B 中間子崩壊は、3 種類のレプトンのいずれかの双子のペアを放出することで終了します。 LHCb の最新のアップデートは、最も検出しやすいミューオン イベントによって生成される異常な角度パターンに焦点を当てています。
この実験では、電子で終わる少数の B 中間子崩壊も記録されています。標準モデルでは、両方のタイプの崩壊がまったく同じように展開する必要がありますが、LHCb チームによる 2014 年の分析では、ミューオン イベントと電子イベントの違いの可能性が明らかになりました。まとめると、これらの異常は、ミューオンだけでなく電子にも新奇性がある可能性があることを意味する可能性があります。
パテルのグループは現在、電子対ミュオン測定の更新に取り組んでおり、これにより、ミューオン角度測定のみよりもはるかに「クリーン」で明確な観測が可能になると彼は言いました。 「これは標準モデルのキラーです」と彼は言いました。
B メソンの異常が本物である場合、物理学者はそれらを説明する 2 つの有力な理論を持っています。
Zʹボソンと呼ばれる新しい仮想的な力を運ぶ粒子は、電子とミューオンに異なる影響を与えることを除いて、ある物質粒子を別の物質粒子に変える標準的な弱い力に似ています。おまけとして、ズボゾンは、宇宙に欠けている暗黒物質を構成する可能性のある追加の巨大な粒子の存在も意味します。バルセロナ自治大学の理論物理学者である Joaquim Matias は、次のように述べています。
よりエキゾチックな可能性は、LHCb の研究者が、クォークをレプトンに、またはその逆に変えることができる伝説的な粒子 (レプトクォーク) のヒントを検出しているということです。理論家は長い間レプトクォークの可能性を考えてきましたが、実験で最も単純な種類が除外されたため、このアイデアは人気がなくなりました.それでも、3世代のクォーク家系図は疑わしいほどレプトン家系図に似ており、どちらのパターンもよく理解されていません. B 中間子の崩壊は、それらの間のレプトクォーク リンクを明らかにしている可能性があります。 「それが夢です」とズパンは言いました。
理論家がこれらの可能性を検討するにつれて、LHCb チームは、彼らのコインが明らかに標準的ではないことを証明するのに十分な表を裏返すことができるかどうかを確認する必要があります。
しかし、最終的には、素粒子物理学のコミュニティは、日本の Belle II 実験や LHC の 2 つの主要な検出器の 1 つなど、別の装置からの確認を待つことになります。 B中間子の異常を証明することも排除することも非常に困難ですが、研究者には必要なツールがすべて揃っています。 「4 つの実験を活用すれば、未来は明るい」と Zupan 氏は述べています。
この記事は Wired.com に転載され、スペイン語版は Investigacionyciencia.es に転載されました .
