Apakah model dasar Partikel akan menggambarkan keseluruhan Alam semesta terbentuk?

Pixabay

Fakta baru   dari penghancur atom terbesar di dunia, Large Hadron Collider di Jenewa, Swiss, menunjukkan bahwa partikel subatomik kecil yang disebut lepton tidak berperilaku seperti yang diharapkan.

Sejauh ini, data hanya mengisyaratkan lepton yang berperilaku buruk ini. Tetapi jika lebih banyak data mengkonfirmasi perilaku patuh mereka, partikel akan mewakili celah pertama dalam model fisika memerintah untuk partikel subatomik, kata para peneliti. 

Sebuah model tunggal, yang disebut Model Standar. Ini menentukan perilaku setiap partikel subatomik, dari neutrino hantu hingga boson Higgs yang telah lama dicari (ditemukan pada 2012), yang menjelaskan bagaimana partikel lain mendapatkan massa mereka. Dalam ratusan percobaan selama empat dekade, fisikawan telah mengkonfirmasi berulang-ulang bahwa Model Standar adalah prediktor akurat dari kenyataan.

Tetapi Model Standar bukanlah keseluruhan gambaran tentang bagaimana alam semesta beroperasi. Pertama, fisikawan belum menemukan cara untuk mendamaikan mikrokosmos Model Standar dengan teori relativitas umum Einstein, yang menggambarkan bagaimana massa membelokkan ruang-waktu dalam skala yang lebih besar. Dan tidak ada teori yang menjelaskan substansi misterius yang disebut materi gelap, yang membentuk sebagian besar materi alam semesta, namun tidak memancarkan cahaya. Jadi fisikawan telah memburu hasil apa pun yang bertentangan dengan premis dasar Model Standar, dengan harapan dapat mengungkap fisika baru.

Fisikawan mungkin telah menemukan satu kontradiksi semacam itu di Large Hadron Collider (LHC), yang mempercepat balok yang dipenuhi dengan proton di sekitar cincin bawah tanah sepanjang 27 mil (27 kilometer) dan menghancurkannya menjadi satu sama lain, menciptakan hujan partikel berumur pendek .

Sementara menyaring sup alfabet partikel berumur pendek, para ilmuwan dengan eksperimen kecantikan LHC (LHCb) melihat perbedaan dalam seberapa sering B meson – partikel dengan massa lima kali lipat dari proton – membusuk menjadi dua jenis partikel mirip elektron, yang disebut tau lepton dan muon.

Para ilmuwan LHCb memperhatikan tau lepton sedikit lebih banyak dari yang mereka duga, yang pertama kali mereka laporkan . Tetapi hasil itu sangat awal. Dari data LHCb saja, ada kemungkinan besar – sekitar 1 dari 20 – bahwa kebetulan statistik dapat menjelaskan temuan.

“Ini adalah petunjuk kecil, dan Anda tidak akan sangat bersemangat sampai Anda melihatnya lebih banyak,” kata Hassan Jawahery, seorang ahli fisika partikel di University of Maryland di College Park, yang bekerja pada percobaan LHCb.

Tetapi perbedaan yang sama dalam rasio tau-lepton-muon ini telah muncul sebelumnya, pada percobaan BaBar di Universitas Stanford, yang melacak dampak dari elektron yang bertabrakan dengan mitra antimateri mereka, positron.

Dengan kedua sumber data digabungkan, peluang bahwa perbedaan tau-lepton-muon adalah produk sampingan dari peluang acak turun secara signifikan. Hasil baru berada pada tingkat kepastian “4-sigma,” yang berarti ada peluang 99,993 persen perbedaan antara tau lepton dan muon mewakili fenomena fisik nyata, dan bukan produk sampingan dari peluang acak, para peneliti melaporkan September. 4 dalam jurnal Physical Review Letters. (Biasanya, fisikawan mengumumkan penemuan besar, seperti bos Higgs, ketika data mencapai tingkat signifikansi 5-sigma, artinya ada peluang 1 banding 3,5 juta bahwa temuan itu adalah kebetulan statistik.)

“Nilai-nilai mereka sepenuhnya sejalan dengan nilai-nilai kita,” kata Vera Luth, seorang ahli fisika di Universitas Stanford di California yang bekerja pada percobaan BaBar. “Kami jelas senang bahwa itu tidak benar-benar terlihat seperti fluktuasi. Ini mungkin benar.”

Dunia baru yang aneh , Atau Teori Fisika yang tidak jelas?

Tentu saja, masih terlalu dini untuk mengatakan dengan pasti bahwa sesuatu yang mencurigakan sedang terjadi di dunia yang sangat kecil. Tetapi fakta bahwa hasil yang sama telah ditemukan dengan menggunakan model eksperimental yang sangat berbeda mendukung temuan LHCb, kata Zoltan Ligeti, seorang ahli fisika teoritis di Lawrence Berkeley National Laboratory di California, yang tidak terlibat dalam eksperimen saat ini. Selain itu, pabrik B di percobaan KEK-B yang menghancurkan atom di Jepang telah menemukan penyimpangan yang sama, ia menambahkan.

Jika fenomena yang mereka ukur bertahan dengan pengujian lebih lanjut, “implikasi untuk teori dan bagaimana kita memandang dunia akan sangat besar,” kata Ligeti kepada Live Science. “Ini benar-benar penyimpangan dari Model Standar ke arah yang kebanyakan orang tidak harapkan.”

Sebagai contoh, salah satu pesaing utama untuk menjelaskan materi gelap dan energi gelap adalah kelas teori yang dikenal sebagai supersimetri, yang menyatakan bahwa setiap partikel yang diketahui memiliki superpartner dengan karakteristik yang sedikit berbeda. Tetapi versi paling populer dari teori-teori ini tidak dapat menjelaskan hasil baru, katanya.