Boson W Mungkin Memiliki Ekstra Besar dan Kuat.

Boson W Mungkin Memiliki Ekstra Besar dan Kuat. – Pengukuran baru massa partikel subatom menimbulkan kegembiraan dan pertanyaan

Ada sesuatu yang salah dengan massa.

Pengukuran baru massa partikel elementer, boson W, telah melampaui harapan. Hasilnya mengisyaratkan kemungkinan cacat dalam teori fisikawan yang dinyatakan kuat tentang bagian-bagian fundamental dunia kita, yang dikenal sebagai model standar.

Teori itu memprediksi boson W dengan massa sekitar 80.357 juta elektron volt, atau MeV. Tetapi massa terukur baru lebih besar , pada 80.433,5 MeV, fisikawan dengan Collider Detector di Fermilab, atau CDF, melaporkan kolaborasi dalam Science 8 April.

Temuan ini bisa mengisyaratkan partikel baru atau misteri fisika lain yang belum ditemukan. “Jika dikonfirmasi, ini jelas berarti fisika baru yang sangat menarik yang dapat kita jelajahi,” kata fisikawan teoretis Sven Heinemeyer dari Institute for Theoretical Physics di Madrid.

Namun, beberapa pengukuran sebelumnya yang kurang tepat menemukan massa boson W lebih selaras dengan model standar, termasuk satu dari percobaan ATLAS di Large Hadron Collider di CERN dekat Jenewa. Jadi fisikawan sedang menunggu konfirmasi lebih lanjut sebelum menyatakan teori berharga mereka salah.

“Hasil baru CDF tampaknya hampir tidak kompatibel dengan yang sebelumnya, termasuk hasil sebelumnya sendiri, yang menimbulkan pertanyaan,” kata fisikawan ATLAS Maarten Boonekamp dari Institute of Research into the Fundamental Laws of the Universe di Université Paris-Saclay.

Ditemukan pada tahun 1983, boson W memainkan peran penting dalam model standar ( SN: 2/5/83 ). Partikel datang dalam dua jenis, dengan muatan listrik positif atau negatif. Bersama dengan pasangannya yang tidak bermuatan, boson Z, partikel membawa gaya nuklir lemah, yang bertanggung jawab atas beberapa jenis peluruhan radioaktif dan memainkan peran penting dalam reaksi nuklir yang menggerakkan matahari.

Menggunakan data yang dikumpulkan CDF dari tahun 2002 hingga 2011, tim mencari boson W yang dihasilkan dari tumbukan proton dan antimaterinya, antiproton, dalam penumbuk partikel Tevatron yang sekarang ditutup di Fermilab di Batavia, Illinois ( SN: 9/9/ 11 ). Analisis dirancang agar para peneliti tidak dapat mengetahui apa hasil akhirnya sampai mereka selesai.

Momen pembukaannya sangat mengejutkan, kata fisikawan partikel eksperimental Ashutosh Kotwal dari Duke University. “Ketika jawabannya muncul … kami terpesona dengan apa yang mungkin baru saja kami pelajari.”

Dengan presisi 0,01 persen, pengukuran massa boson W baru sekitar dua kali lebih presisi dari rekor sebelumnya. “Ini adalah pengukuran yang sangat khusus; ini adalah warisan sejati,” kata fisikawan partikel eksperimental Rafael Coelho Lopes de Sá dari Universitas Massachusetts Amherst, yang bekerja untuk mengukur massa boson W untuk eksperimen Tevatron lainnya. “Tingkat dedikasi, perhatian, dan detail… luar biasa.”

Pengukuran baru tidak sesuai dengan harapan model standar dengan 7 sigma, ukuran signifikansi statistik dari suatu hasil. Itu jauh di atas 5 sigma yang biasanya dibutuhkan fisikawan untuk mengklaim sebuah penemuan.

Namun, “sebelum terlalu bersemangat,” kata fisikawan ATLAS Guillaume Unal dari CERN, “Saya ingin melihat pengukuran independen yang mengonfirmasi pengukuran CDF.” Selain pengukuran ATLAS, yang dijelaskan pada 2018 di European Physical Journal C,

pengukuran lain massa boson W dari eksperimen CERN LHCb juga sejalan dengan prediksi model standar , para peneliti melaporkan dalam Journal of High Energy Physics Januari.

“Massa boson W sangat sulit diukur,” kata fisikawan LHCb Mika Vesterinen dari University of Warwick di Coventry, Inggris. Itu menjelaskan mengapa CDF butuh waktu lama untuk menyelesaikan analisis ini, yang diterbitkan lebih dari 10 tahun setelah eksperimen berakhir.

Mudah-mudahan, para ilmuwan tidak perlu menunggu selama itu untuk pengukuran lain. Kolaborasi ATLAS dan LHCb sudah bekerja pada analisis massa W boson yang lebih baik. CMS, eksperimen lain di CERN, juga dapat mengukur partikel.

Jika pengukuran baru bertahan, belum jelas rahasia fisika apa yang mungkin dimainkan. Partikel baru seperti yang diprediksi oleh teori supersimetri , yang menyatakan bahwa setiap partikel yang diketahui memiliki pasangan yang lebih berat dapat membantu menggeser massa boson W ke atas ( SN: 9/6/16 ).

Menariknya, Heinemeyer menunjukkan, partikel-partikel yang sama mungkin juga membantu menjelaskan misteri fisika baru-baru ini girasi magnetik muon yang dilaporkan oleh eksperimen Muon g−2 ( SN: 4/7/21 ).

Apa pun yang ditemukan oleh fisikawan, mereka akan mendapatkan pemahaman baru tentang partikel penting ini, kata fisikawan teoretis Nathaniel Craig dari University of California, Santa Barbara. “Pada akhirnya, energi dan perhatian tambahan yang ditujukan untuk pengukuran massa W … akan menjadi hal yang sangat positif.”