Bukti keretakan pada model standar menghilang pada data LHC

Petunjuk yang pernah menjanjikan dalam fisika baru dari Large Hadron Collider (LHC), akselerator partikel terbesar di dunia, telah mencair, memupus harapan terbesar fisikawan untuk penemuan besar.

Anomali yang tampak adalah perbedaan tak terduga dalam perilaku elektron dan sepupunya yang lebih masif, muon, ketika muncul dari peluruhan partikel tertentu.

Tetapi hasil terbaru dari percobaan LHCb di CERN, laboratorium fisika partikel Eropa yang menampung LHC di dekat Jenewa, Swiss, menunjukkan bahwa elektron dan muon diproduksi dengan kecepatan yang sama.

“Kesan pertama saya adalah bahwa analisisnya jauh lebih kuat dari sebelumnya,” kata Florencia Canelli, seorang ahli fisika partikel eksperimental di Universitas Zurich di Swiss yang merupakan anggota senior dari eksperimen LHC terpisah. Itu menunjukkan bagaimana sejumlah seluk-beluk yang mengejutkan berkonspirasi untuk menciptakan anomali yang nyata, katanya.

Renato Quagliani, fisikawan LHCb di Swiss Federal Polytechnic (EPFL) di Lausanne, mempresentasikan hasilnya pada 20 Desember di CERN dalam sebuah seminar yang juga menarik lebih dari 700 pemirsa online. Kolaborasi LHCb juga menerbitkan dua pracetak di repositori arXiv^1,2.

LHCb pertama kali melaporkan perbedaan tipis dalam produksi muon dan elektron pada tahun 2014. Ketika tumbukan proton menciptakan partikel masif yang disebut meson B, ini dengan cepat membusuk. Pola peluruhan yang paling umum menghasilkan jenis meson yang berbeda yang disebut kaon, serta pasangan partikel dan antipartikelnya – baik elektron dan positron atau muon dan antimuon. Model Standar memperkirakan bahwa dua jenis pasangan harus muncul dengan frekuensi yang kurang lebih sama, tetapi data LHCb menunjukkan bahwa pasangan elektron-positron lebih sering terjadi.

Eksperimen fisika partikel sering menghasilkan hasil yang sedikit menyimpang dari Model Standar, tetapi berubah menjadi kebetulan statistik karena eksperimen tersebut mengumpulkan lebih banyak data. Sebaliknya, anomali B meson tampak lebih mencolok di tahun-tahun berikutnya, mencapai tingkat kepercayaan yang dikenal sebagai 3 sigma – meskipun masih belum mencapai tingkat signifikansi yang diperlukan untuk mengklaim penemuan, yaitu 5 sigma. Serangkaian pengukuran terkait pada meson B juga mengungkap penyimpangan dari prediksi teoretis berdasarkan Model Standar fisika partikel.

Hasil terbaru mencakup lebih banyak data daripada pengukuran LHCb sebelumnya dari peluruhan meson B dan juga penyelidikan yang lebih menyeluruh tentang kemungkinan faktor perancu. Perbedaan yang tampak dalam pengukuran sebelumnya dengan kaon sebagian merupakan hasil dari kesalahan mengidentifikasi beberapa partikel selain elektron, kata juru bicara LHCb Chris Parkes, fisikawan di University of Manchester, Inggris. Sementara eksperimen LHC bagus dalam menangkap muon, mereka lebih sulit mendeteksi elektron.

Hasilnya kemungkinan besar akan mengecewakan banyak ahli teori yang telah menghabiskan waktu untuk menemukan model yang dapat menjelaskan anomali tersebut. “Saya yakin orang akan berharap kami menemukan celah dalam Model Standar,” kata Parkes, tetapi pada akhirnya “Anda melakukan analisis terbaik dengan data yang Anda miliki dan Anda melihat apa yang diberikan alam kepada Anda.” “, dia kata . “Beginilah cara sains benar-benar bekerja.”

Meskipun telah dikabarkan selama berbulan-bulan, hasil terbaru datang sebagai kejutan, kata Gino Isidori, seorang fisikawan teoretis di Universitas Zurich yang menghadiri pembicaraan CERN karena gambaran yang koheren tampaknya muncul dari anomali terkait. Ini bisa menunjukkan adanya partikel elementer yang sebelumnya tidak diketahui yang dapat mempengaruhi peluruhan meson B. Isidori memuji kolaborasi LHCb dengan “jujur” mengakui bahwa analisis mereka sebelumnya memiliki masalah, tetapi dia menyesali fakta bahwa butuh waktu lama untuk menemukan kolaborasi tersebut.

Di sisi lain, beberapa anomali lain, termasuk peluruhan meson B yang tidak melibatkan kaon, mungkin masih nyata, tambah Isidori. “Semua tidak hilang.” Marcella Bona, seorang fisikawan eksperimental di Queen Mary University of London yang merupakan bagian dari percobaan LHC lainnya, setuju. “Sepertinya ahli teori sudah memikirkan cara menghibur dan menyelaraskan kembali.”

Di antara petunjuk harapan yang tersisa untuk fisika baru adalah pengukuran yang diumumkan pada bulan April yang menemukan massa partikel yang disebut boson W lebih besar dari yang diharapkan. Tapi anomali terpisah yang melibatkan muon juga bisa menghilang. Momen magnet muon tampaknya lebih kuat dari yang diperkirakan oleh Model Standar, tetapi kalkulasi teoretis terbaru menunjukkan bahwa ini tidak terjadi sama sekali. Sebaliknya, perbedaan tersebut dapat berasal dari salah tafsir atas prediksi Model Standar.