Penemuan partikel boson W ‘Luar Biasa’ bertentangan dengan pemahaman tentang cara kerja alam semesta | Sains

Setelah satu dekade pengukuran yang melelahkan, para ilmuwan telah mengumumkan bahwa partikel fundamental – boson W – memiliki massa yang jauh lebih besar daripada yang diyakini secara teoritis, mengguncang dasar pemahaman kita tentang cara kerja alam semesta.

Fondasi ini didasarkan pada Model Standar fisika partikel, teori terbaik yang dimiliki ilmuwan untuk menggambarkan blok bangunan paling mendasar dari alam semesta dan gaya yang mengaturnya.

Boson W adalah partikel elementer bermuatan listrik yang mengontrol apa yang disebut gaya lemah, salah satu dari empat gaya fundamental alam dan dengan demikian merupakan pilar Model Standar.

Namun, menurut sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Science Journal, pengukuran paling tepat dari boson W hingga saat ini secara langsung bertentangan dengan aturan Model Standar.

Ashutosh Kotwal, fisikawan Duke University yang memimpin penelitian tersebut, mengatakan bahwa hasil tersebut membutuhkan lebih dari 400 ilmuwan selama 10 tahun untuk merekam dan memeriksa “kumpulan data sekitar 450 triliun tabrakan.”

Tabrakan ini, di mana partikel dilempar bersama dengan kecepatan yang memusingkan untuk mempelajarinya, disebabkan oleh penumbuk Tevatron di negara bagian Illinois, AS.

Itu adalah akselerator partikel paling energik di dunia hingga 2009, ketika digantikan oleh Large Hadron Collider di dekat Jenewa, yang mengamati boson Higgs beberapa tahun kemudian.

Tevatron berhenti beroperasi pada tahun 2011, tetapi para ilmuwan di Fermilab’s Collider Detector (CDF) telah memecahkan angka sejak itu.

Harry Cliff, fisikawan partikel di Universitas Cambridge yang bekerja di Large Hadron Collider, mengatakan Model Standar adalah “mungkin teori dan teori ilmiah paling sukses yang pernah ditulis – ia dapat membuat prediksi yang sangat akurat”.

Tetapi ketika prediksi itu ternyata salah, mereka tidak bisa begitu saja diubah.

“Ini seperti rumah kartu, jika Anda menariknya terlalu keras, semuanya akan runtuh,” kata Cliff.

Namun model standar bukan tanpa masalah. Misalnya, materi gelap, yang diyakini membentuk 95% alam semesta, tidak termasuk.

Selain itu, “beberapa retakan dalam Model Standar baru-baru ini telah ditemukan,” kata fisikawan dalam artikel Science yang menyertainya.

“Dalam kerangka petunjuk bahwa bagian dari Model Standar hilang, kami memberikan petunjuk lain yang sangat menarik dan cukup besar,” kata Kotwal.

Jan Stark, fisikawan dan direktur penelitian di lembaga CNRS Prancis, mengatakan: “Ini adalah penemuan besar atau masalah dalam analisis data” dan meramalkan “diskusi yang agak panas di tahun-tahun mendatang”.

“Klaim luar biasa membutuhkan bukti luar biasa,” katanya.

Para ilmuwan CDF mengatakan mereka telah menentukan massa boson W dengan akurasi 0,01% – dua kali lipat dari upaya sebelumnya.

Mereka membandingkannya dengan mengukur berat 350 kg (800 lb) gorila pada 40 gram (1,5 ons).

Mereka menemukan bahwa itu berbeda dari prediksi Model Standar dengan tujuh standar deviasi, juga dikenal sebagai sigma.

Cliff mengatakan bahwa ketika melempar koin, “peluang mendapatkan hasil lima sigma melalui keberuntungan bodoh adalah satu dari tiga setengah juta.”

“Jika ini nyata dan bukan bias sistematis atau kesalahpahaman tentang bagaimana perhitungan dilakukan, maka itu adalah masalah besar karena itu berarti ada komponen fundamental baru dari alam semesta kita yang belum pernah kita temukan sebelumnya.”

Namun, dia menambahkan, “Jika Anda akan mengatakan sesuatu yang sebesar kita telah memecahkan Model Standar fisika partikel dan ada partikel baru untuk ditemukan, Anda mungkin memerlukan lebih dari satu pengukuran untuk meyakinkan orang bahwa lebih dari satu pengukuran .”

CDF co-speaker David Toback berkata, “Sekarang terserah pada komunitas fisika teoretis dan eksperimen lain untuk menindaklanjuti dan menjelaskan misteri ini.”

Dan setelah satu dekade pengukuran, Kotwal belum selesai.

“Kami mengikuti petunjuk dan tidak akan meninggalkan kebutuhan bisnis yang terlewat untuk mencari tahu apa artinya itu.”