표준 모델의 크랙 힌트가 LHC 데이터에서 사라짐

[이매진]

표준 모델의 크랙 힌트가 LHC 데이터에서 사라짐

https://www.nature.com/articles/d41586-022-04545-z

표준 모델의 크랙 힌트가 LHC 데이터에서 사라짐

입자 붕괴 유형 측정의 불일치는 새로운 물리학에 대한 희망을 불러일으켰습니다.

• 다비데 카스텔베키

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건설중인 LHCb 실험의 검출기. 제공: Brice, Maximilien; CERN

세계 최대의 입자 가속기인 LHC(Large Hadron Collider)에서 한때 유망했던 새로운 물리학의 힌트가 녹아내려 주요 발견에 대한 물리학자들의 가장 좋은 희망 중 하나를 무너뜨렸습니다.

명백한 이상 현상은 특정 입자의 붕괴에서 전자가 발생할 때 전자와 더 큰 사촌인 뮤온의 행동 사이에 예기치 않은 차이가 있다는 것입니다.

그러나 LHC를 주최하는 스위스 제네바 근처의 유럽 입자 물리학 연구소 인 CERN에서 LHCb 실험의 최신 결과는 결국 전자와 뮤온이 같은 속도로 생성됨을 시사합니다.

별도의 LHC 실험의 수석 멤버인 스위스 취리히 대학의 실험 입자 물리학자인 Florencia Canelli는 "내 첫인상은 분석이 이전보다 훨씬 더 견고하다는 것입니다."라고 말합니다. 그것은 명백한 변칙성을 생성하기 위해 많은 놀라운 미묘함이 어떻게 공모했는지 밝혀냈다고 그녀는 말합니다.

로잔에 있는 스위스 연방 기술 연구소의 LHCb 물리학자인 Renato Quagliani는 12월 20일 CERN에서 온라인으로 700명 이상의 시청자를 끌어 모은 세미나에서 결과를 보고했습니다. LHCb 협업은 또한 arXiv 저장소 1 , 2 에 두 개의 프리프린트를 게시했습니다 .

불균형 감쇠

LHCb는 2014년에 뮤온과 전자의 생산에서 미미한 불일치를 처음 보고했습니다. 양성자의 충돌이 B 중간자라고 하는 거대한 입자를 생성했을 때 이들은 빠르게 붕괴했습니다. 가장 빈번한 붕괴 패턴은 카온(kaon)이라고 불리는 또 다른 유형의 중간자와 입자 쌍 및 반입자(전자와 양전자 또는 뮤온과 반뮤온)를 생성했습니다. 표준 모델은 두 유형의 쌍이 거의 동일한 빈도로 발생해야 한다고 예측했지만 LHCb 데이터는 전자-양전자 쌍이 더 자주 발생함을 시사했습니다.

입자 물리학 실험은 종종 표준 모델에서 약간 벗어난 초기 결과를 생성하지만 실험이 더 많은 데이터를 수집함에 따라 통계적 요행으로 판명됩니다. 하지만 이번에는 그런 일이 일어나지 않았습니다. 대신, 시간이 지남에 따라 B -meson 이상 현상이 더 두드러져 3 시그마 3 으로 알려진 신뢰 수준에 도달하는 것처럼 보였습니다. 그러나 발견을 주장하는 데 자주 사용되는 유의 수준인 5 시그마에는 여전히 도달하지 못했습니다. B 중간자 에 대한 여러 관련 측정 에서도 입자 물리학의 표준 모델을 기반으로 한 이론적 예측과의 편차가 드러났습니다.

이번 주에 보고된 결과에는 B -meson 붕괴에 대한 이전 LHCb 측정보다 더 많은 데이터와 가능한 교란 요인에 대한 보다 철저한 연구가 포함되었습니다. 영국 맨체스터 대학의 물리학자인 Chris Parkes LHCb 대변인은 카온과 관련된 이전 측정에서 명백한 불일치가 부분적으로 일부 다른 입자를 전자로 잘못 식별하여 발생한 것으로 밝혀졌다고 말했습니다. LHC 실험은 뮤온을 잡는 데 능숙하지만 전자는 감지하기가 더 까다롭습니다.

검색 재집중

그 결과는 이상 현상을 설명할 수 있는 모델을 제시하기 위해 시간을 보낸 많은 이론가들을 실망시킬 것 같습니다. Parkes는 "사람들은 우리가 표준 모델에서 균열을 찾기를 원했을 것입니다."라고 말하지만 결국 "가지고 있는 데이터로 최선의 분석을 수행하고 자연이 제공하는 것을 볼 수 있습니다."라고 말합니다. 말한다. "과학이 실제로 작동하는 방식입니다."

CERN 강연에 참석한 취리히 대학의 이론 물리학자인 Gino Isidori는 최근 결과가 몇 달 동안 소문이 났지만 그 확인은 놀라운 일이라고 말했습니다. 이것은 B 중간자 의 붕괴에 영향을 미치는 이전에는 볼 수 없었던 기본 입자의 존재를 가리킬 수 있습니다 . Isidori는 이전 분석에 문제가 있었다는 점을 인정하면서 LHCb 협력에 대해 "정직"한 공로를 인정하지만, 협력이 문제를 찾는 데 너무 오랜 시간이 걸린 점을 유감스럽게 생각합니다.

그러나 카온을 포함하지 않는 B -meson 붕괴 에 기록된 일부를 포함하여 일부 다른 이상 현상 은 여전히 ​​실제로 판명될 수 있다고 Isidori는 덧붙입니다. "모든 것이 사라지는 것은 아닙니다."

또 다른 LHC 실험에 참여하고 있는 런던 퀸 메리 대학교의 실험 물리학자인 Marcella Bona도 이에 동의합니다. “이론가들은 이미 스스로를 위로하고 다시 집중하는 방법에 대해 생각하고 있는 것 같습니다.”

새로운 물리학의 남은 희망적인 힌트에는 4월에 발표된 W 보손 이라는 입자의 질량 이 예상보다 크다는 측정이 포함됩니다. 그러나 뮤온과 관련된 별도의 이상이 사라질 수 있습니다. 뮤온의 자기 모멘트는 표준 모델에 의해 예측된 것보다 더 강한 것처럼 보였지만, 최근의 이론적 계산은 결국 그렇지 않다는 것을 암시합니다 . 대신 불일치는 표준 모델의 예측 오류에서 비롯되었을 수 있습니다.