Ahli fizik di Fermilab, pelanggar Eropah mendapati zarah terkecil yang menentang buku peraturan fizik
Zarah subatomik pelik yang dipanggil muon bertindak lebih pelik daripada yang diramalkan oleh Model Standard. Ini bermakna cara asas ahli fizik berfikir alam semesta berfungsi mungkin salah.
Keputusan awal daripada eksperimen yang telah lama dijalankan di Fermilab dan di Eropah mencadangkan cara asas ahli fizik berpendapat alam semesta berfungsi mungkin salah.
Zarah-zarah kecil yang dipanggil muon tidak melakukan apa yang diramalkan oleh Model Standard - buku peraturan yang digunakan oleh ahli fizik untuk menerangkan dan memahami cara alam semesta berfungsi pada tahap subatomik.
Dan itu membuatkan pakar dalam fizik zarah bingung - dan teruja.
Kami fikir kami mungkin berenang di lautan zarah latar belakang sepanjang masa yang belum ditemui secara langsung, kata ketua saintis bersama eksperimen Fermilab Chris Polly.
Mungkin ada raksasa yang belum kita bayangkan yang muncul daripada vakum yang berinteraksi dengan muon kita, kata Polly. Dan ini memberi kita peluang untuk melihat mereka.
Model Standard telah dibangunkan kira-kira 50 tahun yang lalu. Eksperimen telah berulang kali mengesahkan perihalannya tentang zarah-zarah dan kuasa-kuasa yang membentuk dan mengawal alam semesta hampir pasti.
Sehingga kini.
Makmal Pemecut Kebangsaan Fermi Jabatan Tenaga AS, dikenali sebagai Fermilab, mengumumkan keputusan hari Rabu bagi 8.2 bilion perlumbaan di sepanjang trek di Batavia yang telah digerakkan oleh ahli fizik: Medan magnet di sekeliling muon — zarah subatomik yang pelik dan sekejap — bukan apa yang Model Standard mengatakan ia sepatutnya.
Ini berikutan keputusan bulan lepas daripada Large Hadron Collider di Geneva, Switzerland, yang dikendalikan oleh CERN, Pertubuhan Penyelidikan Nuklear Eropah, yang menemui bahagian mengejutkan zarah subatomik selepas perlanggaran berkelajuan tinggi.
Ahli fizik teori Matthew McCullough dari CERN berkata merungkai misteri boleh membawa kita melampaui pemahaman semasa kita tentang alam semula jadi.
Inti eksperimen, seperti yang dijelaskan oleh ahli fizik teori Johns Hopkins University, David Kaplan, adalah untuk memisahkan zarah dan mengetahui sama ada ada sesuatu yang lucu berlaku dengan kedua-dua zarah dan ruang yang kelihatan kosong di antara mereka.
Rahsia tidak hanya hidup dalam perkara, kata Kaplan. Mereka hidup dalam sesuatu yang seolah-olah memenuhi semua ruang dan masa. Ini adalah medan kuantum. Kami meletakkan tenaga ke dalam vakum dan melihat apa yang keluar.
Kedua-dua set keputusan melibatkan muon - anggap ia sebagai sepupu elektron yang lebih berat yang mengorbit pusat atom.
Tidak seperti elektron, muon bukan sebahagian daripada atom. Dan ia biasanya wujud hanya untuk dua mikrosaat — kurang masa daripada yang diperlukan untuk menyebut namanya.
Selepas ia ditemui dalam sinar kosmik pada tahun 1936, ia sangat mengelirukan saintis sehingga ahli fizik Amerika Isidor Isaac Rabi bertanya, Siapa yang mengarahkan itu?
Sejak awal lagi, ia membuat ahli fizik menggaru kepala mereka, kata Graziano Venanzoni, ahli fizik eksperimen di makmal kebangsaan Itali.
Venanzoni ialah salah seorang saintis terbaik dalam eksperimen Fermilab, yang dipanggil Muon g-2, yang menghantar muon di sekitar trek magnetik, 50 kaki di Kane County yang mengekalkan zarah-zarah itu wujud cukup lama untuk penyelidik melihat dengan lebih dekat.
Keputusan awal mencadangkan putaran magnet muon adalah 0.1% daripada apa yang diramalkan oleh Model Standard. Itu besar — lebih daripada cukup untuk menaikkan pemahaman semasa.
Penyelidik memerlukan satu atau dua tahun lagi untuk menyelesaikan analisis keputusan. Jika mereka bertahan, ia akan dikira sebagai penemuan utama, kata Venanzoni.
Secara berasingan, di CERN, rumah kepada penghancur atom terbesar di dunia (ia mengambil gelaran itu daripada Fermilab), ahli fizik telah merempuh proton antara satu sama lain di sana untuk melihat apa yang berlaku. Salah satu eksperimen mengukur apa yang berlaku apabila zarah yang dipanggil kecantikan atau kuark bawah berlanggar.
Model Standard meramalkan ranap beauty quark ini akan mengakibatkan bilangan elektron dan muon yang sama — seperti membalikkan syiling sebanyak 1,000 kali dan mendapat kira-kira jumlah kepala dan ekor yang sama, kata Chris Parkes, ketua eksperimen beauty quark.
Tetapi bukan itu yang berlaku.
Penyelidik meneliti data dari beberapa tahun dan beberapa ribu ranap dan mendapati perbezaan 15%, dengan lebih banyak elektron daripada muon, kata penyelidik Sheldon Stone dari Universiti Syracuse.
Kedua-dua eksperimen belum lagi merupakan penemuan rasmi. Masih ada kemungkinan kecil hasilnya adalah kebiasaan statistik. Menjalankan eksperimen lebih banyak kali boleh, dalam satu atau dua tahun, mencapai keperluan statistik yang sangat ketat untuk fizik menganggapnya sebagai penemuan.
Sekiranya keputusan itu berlaku, mereka akan menaikkan setiap pengiraan lain yang dibuat dalam fizik zarah, kata Kaplan.
Mungkin, katanya, terdapat beberapa zarah yang belum ditemui - atau daya - yang menerangkan kedua-dua keputusan pelik.
Atau ini boleh jadi kesilapan. Pada tahun 2011, penemuan aneh bahawa zarah yang dipanggil neutrino kelihatan bergerak lebih pantas daripada cahaya mengancam model itu. Ia ternyata hasil sambungan elektrik yang longgar dalam eksperimen.
Kali ini, Stone berkata: Kami menyemak semua sambungan kabel kami, dan kami telah melakukan apa yang kami mampu untuk menyemak data kami. Kami agak yakin. Tetapi anda tidak pernah tahu.
ഭാഗം: