Ilmuwan yang bekerja dalam kolaborasi CMS melaporkan kemungkinan penemuan partikel tak dikenal yang membusuk menjadi muon dengan massa total 28 GeV. Saat ini, tidak ada model teoretis yang memprediksikan keberadaan partikel ini, namun para ilmuwan berharap anomali ini bukanlah akibat dari kesalahan statistik. Pracetak observasi tersedia di repositori arXiv.org. Kami akan memberi tahu Anda secara mendetail tentang penelitian ini, yang ternyata bisa menjadi penemuan terobosan dan embusan lain.
Kumparan neraka
Compact Muon Solenoid, atau CMS (Compact Muon Solenoid), adalah detektor partikel besar yang terletak di Large Hadron Collider (LHC). Perangkat raksasa dengan diameter 15 meter dan berat 15 ribu ton ini dirancang untuk mencari Fisika Baru - fisika di luar Model Standar. Jika Standard Model menggambarkan sifat-sifat dari semua partikel elementer yang diketahui (dan beberapa belum dikonfirmasi), maka hipotesis dalam kerangka Fisika Baru mencoba menjelaskan berbagai fenomena yang masih menjadi misteri bagi para ilmuwan.
Menurut salah satu hipotesis - supersimetri - setiap partikel elementer yang diketahui berhubungan dengan superpartner dengan massa yang lebih berat. Misalnya, pasangan elektron, yaitu fermion, adalah selektif boson, dan pasangan gluon (yaitu boson) adalah fermion gluino. Namun, kurangnya hasil untuk mengkonfirmasi supersimetri telah menyebabkan fakta bahwa model ini ditinggalkan oleh semakin banyak ilmuwan.
Tabrakan proton-proton terjadi di dalam detektor. Setiap proton terdiri dari tiga quark yang diikat oleh medan gluon. Pada kecepatan tinggi, sebanding dengan kecepatan cahaya, medan gluon berubah menjadi "sup" partikel - gluon. Dalam tabrakan proton secara langsung, hanya beberapa quark atau gluon yang berinteraksi satu sama lain, sisa partikel lainnya terbang tanpa hambatan. Reaksi berlangsung yang menghasilkan banyak partikel berumur pendek, dan berbagai detektor CMS merekam produk peluruhannya, termasuk muon. Muon menyerupai elektron, tetapi 200 kali lebih masif.
Dengan bantuan detektor yang terletak di luar solenoida, para ilmuwan dapat melacak lintasan muon dengan akurasi tinggi dan menentukan apa sebenarnya yang menyebabkan munculnya partikel tertentu. Sejumlah besar tumbukan proton-proton diperlukan untuk meningkatkan kemungkinan menghasilkan partikel langka yang terurai menjadi muon. Ini menghasilkan sejumlah besar data (sekitar 40 terabyte per detik), dan untuk dengan cepat menemukan sesuatu yang tidak biasa di dalamnya, sistem pemicu khusus digunakan, yang memutuskan informasi apa yang akan direkam.
Video promosi:
Hantu di dalam
CMS, bersama dengan detektor ATLAS, juga terletak di LHC, digunakan untuk mencari boson Higgs yang diprediksi oleh Model Standar. Partikel ini bertanggung jawab atas massa boson W dan Z (pembawa interaksi lemah) dan kurangnya massa di foton dan gluon. Pada tahun 2012, boson Higgs dengan massa 125 GeV ditemukan. Namun, para ilmuwan percaya mungkin ada boson Higgs bermassa lebih rendah di luar Model Standar. Mereka diprediksi oleh model Higgs dua-doublet dan NMSSM (Model Standar supersimetris di samping-minimal). Terlepas dari semua uji eksperimental, para ilmuwan masih belum dapat membuktikan atau menyangkal hipotesis ini.
Ilmuwan di CMS sedang mencari partikel eksotis ringan lainnya. Ini termasuk, misalnya, foton gelap - pembawa interaksi fundamental yang benar-benar baru, mengingatkan pada elektromagnetik, dan yang analog dengan foton untuk materi gelap. Partikel hipotetis lainnya adalah analog gelap dari Z-boson.
Fisikawan telah melakukan percobaan untuk menemukan bukti keberadaan boson ringan, yang dipancarkan oleh sepasang quark cantik (b-quark) dan meluruh menjadi muon dan anti-muon. Selama percobaan tumbukan proton-proton pada energi di pusat sistem massa (sistem di mana partikel memiliki momena yang sama dan berlawanan arah) sebesar 8 TeV, sejumlah peristiwa dicatat yang mungkin terkait dengan boson hipotetis.
Jenis peristiwa pertama mencakup kemunculan semburan b-quark di tengah detektor dan bagian depannya, dan yang kedua - kemunculan dua jet di tengah dan bukan satu pun jet di bagian depan. Dalam kedua kasus tersebut, kelebihan pasangan muon yang muncul diamati, dan massa pasangan, seperti yang ditunjukkan oleh analisis selanjutnya, mencapai 28 GeV. Selisih jumlah pasangan muon dari nilai background untuk event jenis pertama adalah 4.2 standar deviasi (sigma), dan untuk event jenis kedua sebesar 2.9 sigma.
Kematian fisika
Dalam fisika partikel, perbedaan lima sigma menunjukkan adanya anomali tertentu yang tidak mungkin muncul secara kebetulan. Namun, jika perbedaannya terletak pada rentang 3-5 sigma, maka fisikawan mengatakan bahwa ini hanya menunjukkan adanya partikel baru. Dalam kasus terakhir, diperlukan lebih banyak data untuk mengkonfirmasi (atau menyangkal) hasilnya, untuk mengecualikan kesalahan dalam pemrosesan dan interpretasi data. Jika semuanya dikonfirmasi, maka kita dapat mengatakan bahwa muon muncul karena peluruhan partikel Fisika Baru.
Ini bukan pertama kalinya sebuah fenomena yang diamati di LHC tidak sesuai dengan Model Standar. Pada 2016, fisikawan mengumumkan penemuan tanda-tanda keberadaan resonansi yang berkaitan dengan partikel masif berumur pendek. Itu terdaftar pada 2015 sebagai kelebihan pasang foton dengan massa total 750 GeV, di mana partikel ini diduga meluruh. Dengan kata lain, partikel ini seharusnya enam kali lebih masif daripada Higgs boson. Namun, analisis data yang dikumpulkan di collider kemudian tidak mengkonfirmasi hasil ini.
Hingga saat ini, fisikawan belum menemukan jejak yang dapat dipercaya tentang keberadaan Fisika Baru. Namun, tidak ada keraguan bahwa itu harus ada, karena Model Standar tidak mampu menjelaskan fenomena seperti masalah hierarki massa fermion (boson Goldstone hipotetis diperkenalkan untuk menyelesaikannya), keberadaan massa dalam neutrino, asimetri materi dan antimateri, asal usul energi gelap, dan lain-lain. Kehadiran materi gelap di alam semesta mengandaikan seluruh kelas partikel hipotetis dengan sifat eksotis yang menyusunnya. Paradoksnya, semua yang ilmuwan telah mampu lakukan sejauh ini adalah untuk secara eksperimental mengkonfirmasi Model Standar yang telah habis.
Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa jika mungkin untuk membuktikan Fisika Baru, maka ini harus dilakukan dalam waktu dekat, dalam beberapa tahun mendatang. Jika tidak, akan mungkin untuk sangat takut bahwa umat manusia tidak akan lagi dapat membuat penemuan yang signifikan. Sangat menggembirakan bahwa semakin banyak anomali yang ditemukan pada akselerator belakangan ini, mengisyaratkan bahwa para ilmuwan berada di ambang sesuatu yang sama sekali baru.
Alexander Enikeev
