何十年もの間、素粒子物理学者は、実証済みの標準モデルを超える物理学を切望してきました。現在、スイスのジュネーブ近郊にあるヨーロッパの素粒子物理学研究所である CERN の世界最大の原子粉砕機である大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) で、彼らは予想外の兆候を発見しています。このヒントは、LHC の 2 つの大きな検出器 (2012 年に標準モデルの最後の欠落部分であるヒッグス粒子を 2012 年に発見して以来、新しい粒子を生成していない) からではなく、崩壊を正確に測定する LHCb と呼ばれる小さな検出器から得られます。
最新の信号には、B 中間子と呼ばれる粒子の崩壊の偏差が含まれていますが、それ自体では弱い証拠です。しかし、他のヒントとともに、それは高エネルギーの地平線に横たわる新しい粒子を示している可能性があります.スペインのバルセロナ自治大学の理論家である Joaquim Matias は、次のように述べています。 Matias は証拠が発見の主張に十分強力であると言いますが、他の人は注意を促します.
LHC は前例のないエネルギーで陽子を衝突させ、大量の新しい粒子を存在させようとします。この粒子は、その 2 つの大きな検出器である ATLAS と CMS で検出されます。 LHCb は、非常に感度の高いトラッキング検出器を使用して、小さな爆発的な崩壊を嗅ぎ分け、おなじみの粒子、特に B 中間子に焦点を当てています。
B中間子は、クォークと呼ばれる素粒子からできています。おなじみの陽子と中性子は、アップとダウンの 2 つのフレーバーのクォークが三重に結合してできています。高エネルギー粒子の衝突では、より重いクォーク フレーバー (チャーム、ストレンジ、トップ、ボトム) が、対応する反物質と共に作成される可能性があります。それらは反クォークとペアになって中間子を形成します。
1000 分の 1 ナノ秒しか持続しない B 中間子は、新しい物理学への窓を提供する可能性があります。量子の不確かさのおかげで、それらの内部は存在したり消滅したりして崩壊する方法に影響を与える可能性のある粒子で渦巻いています。 B中間子の内部をくすぐる新しい粒子は、LHCが作成するには大きすぎる粒子であっても、それらの崩壊の速度と詳細を標準モデルの予測から逸脱させる可能性があります。実績のある新しい粒子を間接的に狩る方法です。アップクォーク、ダウンクォーク、ストレンジクォークしか知られていなかった1970年代、物理学者はK中間子(反クォークに結合したストレンジクォークをすべて含む中間子のファミリー)の崩壊における奇妙な点を発見することによって、チャームクォークの存在を予測しました。
CERN での講演で本日報告された最新の結果で、LHCb 物理学者は、B 中間子の 1 つのタイプが K 中間子に崩壊するとき、その副産物がゆがめられることを発見しました。多くの場合、電子と陽電子を作ります。標準モデルでは、これらの割合は等しいはずだと、イギリスのオックスフォード大学の物理学者であり、770 人のメンバーからなる LHCb チームのスポークスパーソンである Guy Wilkinson は言います。 「理論的には非常にクリーンであるため、この測定値は特に興味深いものです」と彼は言います。
その結果は、LHCb の物理学者が発見した、すべてがジャイブしているように見える 6 つのかすかな手がかりの 1 つにすぎません。たとえば、2013 年に、彼らはそのような B 中間子崩壊で粒子が出現する角度を調べ、予測と完全に一致しないことを発見しました。
これらすべての異常が何を指しているのかは定かではありません。標準モデル内では、B 中間子が K 中間子に崩壊するのは、ストレンジ クォークになる前にボトム クォークが一時的にトップ クォークに変わるという複雑な「ループ」プロセスのみです。そのためには、弱い力を伝える「力の粒子」である W ボソンを放出して再吸収する必要があります (前のページの図を参照)。
新しいデータは、Z' ボソンと呼ばれる新しい粒子を吐き出すことによって、ボトム クォークがストレンジ クォークに直接変形する可能性があることを示唆しています。 Z ボソンの仮想的ないとこは、標準モデルを超えた最初の粒子であり、理論に新しい力を追加します。余分な崩壊プロセスはミューオンの生成を低下させ、異常を説明します。シンシナティ大学 (オハイオ州) の理論家である Wolfgang Altmannshofer は、次のように述べています。他の人々は、レプトクォークと呼ばれるクォークと電子の混成体がループ プロセスで簡単に実現し、矛盾を説明する別の方法を提供する可能性があると提案しています。
もちろん、新しい物理学の場合は、統計的変動の蜃気楼になる可能性があります。 ATLAS と CMS を使用する物理学者は、18 か月前に非常に巨大な新しい粒子のヒントを報告しましたが、より多くのデータでそれらが消えていくのを見るだけでした。アルトマンスホーファーによると、現在の兆候は以前と同じくらい強力です。
物理学者が LHCb を使用して雑草の中から何か新しい兆候を探しているという事実は、LHC がまだその約束を果たしていないという事実を強調しています。 「ATLAS と CMS は新しいものを発見する検出器であり、LHCb はより補完的なものになるでしょう」と Matias 氏は言います。 「でも物事は思いのままに」
Z 'またはレプトクォークが存在する場合、LHCは、つかの間ではありますが、それらを真正な存在に吹き飛ばすチャンスがあるかもしれません、とマティアスは言います. LHC は現在、冬季のシャットダウンを終えて回復しています。来月、パーティクル ハンターはクエストに戻ります。
