粒子物理学に深刻な問題を提起する粒子の重量は、予想よりも重い。

私たちが宇宙を理解するために持っているモデル 基本粒子 これはギアボックスに似ています。 単一粒子の特性への小さな変化は、他の粒子の力学も捨てる。

したがって、1つの基本粒子の質量が以前に受け入れられていたものから少しずれていることを発見した論文が出てくると、それは物理学の世界で単に眉をひくようにする以上の役割を果たします。 もしそうであれば、そのような発見は、基礎物理学がまだ決定されていない方法で「間違っている」ことを意味し、 粒子物理学 今後数十年間。

パーティクル物理学の標準モデルとして知られる基本パーティクルの私たちの理解は、過去150年間に人間が成し遂げた最も偉大な成果の1つです。 1897年の電子の発見から始まり、 発見 2012年に長い間理論化されたヒックスボソン

今月初め、20年間の分析の後、Fermilab（CDF）の衝突検出器（Collider Detector at Fermilab）科学者たちは、W粒子の質量を最も正確に測定したと発表しました。 数百万回の試みと観察の最後に質量測定値は1.43385738×10となりました。^-22 グラム。 （軽いようですが、思ったより重いです。）

自然の力を伝える粒子の1つの測定精度は驚くべきことです。 科学者たちは、粒子の修正質量の精度が0.01％で、以前の最高測定値の2倍であると言います。 結果はジャーナルサイエンスに掲載されました。

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しかし、一つの大きな問題があります。 この測定は、科学者が標準モデルへの理論的入力に使用する値と矛盾します。 言い換えれば、質量測定が真であれば、宇宙の4つの既知の力とすべての基本粒子を説明する黄金標準理論である物理学の標準モデルが揺れていることを示唆しています。

クォーク、電子、光子などの他の基本粒子とは異なり、Ｗ保存は一般に小学校科学で学ぶ粒子ではない。 しかし、それらの粒子と同様に、宇宙の物質を構成する基本的な要素です。 Ｗ保存は、粒子物理学で知られている４つの基本的な相互作用の一部を形成する「弱い核力」として知られるメッセンジャー粒子である。 もう一つは電磁、強い相互作用、重力です。 電磁力と重力は人間の相互作用と日常生活に日常的であり、強い力は原子核を一緒に結ぶことですが、弱い相互作用は明らかに目立たない。 しかし、弱い力は原子の放射性崩壊に関連しており、今日私たちの宇宙が他の3つの力のように見える方法に他の力と同様に不可欠です。 Wボソンの助けを借りずに弱い相互作用は発生しません。

Wボソンの質量を新たに測定するために、研究者は衝突データを使用した。 フェルミ国立加速器研究所、 現在イリノイ州で使用されていない粒子加速器。 Fermilabの粒子加速器は、ほぼ光束で陽子と反陽子を互いに発射し、余波をもたらすエネルギー粒子の爆発を綿密に観察し、その特性を外挿します。

実行中に、アクセラレータは400万Wの保存候補を合成することに成功し、その属性は継続的に測定されました。 広範な計算により、科学者たちは7つの標準偏差で正確な測定値に達しました。 これは、統計的ゴールデン標準結果をもたらす5つの標準偏差をはるかに上回ることです。

分析を主導し、CDFコラボレーションに参加した400人の科学者の一人であるデューク大学のAshutosh V. Kotwalは、「結果に適用された改善点と追加確認の数は膨大です」と述べました。 言ったプレスリリースから。 「我々は、Wボソンと他の粒子との相互作用の理論と実験的理解の進歩だけでなく、粒子検出器の改善された理解も考慮した。

違い？ 新しい測定は、W保存を以前に予測して受け入れたものより10分の1ほど重くしました。 それは小さく見えますが、本当なら粒子物理学に大きな問題を引き起こすのに十分です。

「Wボソンの測定された質量が標準モデル内で予測された質量と一致しないという事実は、3つのことを意味することができます。 書く The Conversationの高エネルギー粒子物理学者John Conway。

言い換えれば、標準モデルを変更すると、標準モデルにのみ影響するのではなく、すべての物理学と宇宙の理解を揺るがすことができます。

CDFのDavid Toback（David Toback）共同スポークスマンは、メディアの声明で「今理論物理学コミュニティと他の実験がこれに対するフォローアップを取ってこのミステリーを明らかにしなければならない」と述べた。 「実験値と期待値の差が一種の新しい粒子や亜原子相互作用によるものであれば可能性の一つですが、今後の実験で発見される可能性が高いです」

標準モデルは、構成粒子の特性および以前に見られなかった粒子の特性を予測するのに非常に成功していることが証明されている。 驚くべき予言的性質のために、物理学者は新しい発見と新しい物理学を生み出すための穴を開けるために熱心です。 実際、次のように サロンレポート 2021年、FermilabのMuon g-2実験は、標準モデルが予想したものとはわずかに異なる奇妙な結果をもたらしました。 しかし、結果は最終的な5つの標準偏差「黄金標準」をはるかに上回ることはできませんでした。

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しかし、測定を非常に精密かつ小さな誤差範囲で実行する場合、一部の物理学者は実験に標準モデルではなく欠陥がある可能性が同等であると述べています。

カリフォルニア大学の物理学教授であるブルース・シウムは、「それが実験的効果であったり、実験的間違いであったり、補正が原因である可能性があるのか​​」と尋ねることができます。 」 サンタクルーズ、そして作家 人気のある本 粒子物理学についてサロンに語った。 「差があれば [in mass] それは間違いです。 おそらくそうです。 検出器の校正がエラーの原因である可能性が非常に高いです。

Schummは、次のことを区別することが重要だと述べた。 正確さ そして 程度非常に正確に測定が正確でない可能性があることに注意してください。

Schummは、「精度は不確実性の大きさであり、精度は潜在的な間違いの大きさである」と述べた。 「非常に正確ですが、間違っている可能性があります。」

Schummは、CDFのWボソン質量の新しい測定値が「煙のない銃」であると述べました。 特に、他の実験の異なる測定値が、W保存質量に対するCDFの結果と一致しない明確に識別された理由です。

Schummは、「他のすべての測定に欠けているものがあり、CDF測定がより慎重に行われ、正しい答えが得られていると考えることができます」と述べました。 「しかし、CDFの結果が間違っているか、他の結果の本文が間違っている可能性が高いと思います」

以前、Schummは、Salonに標準モデルが完全に書き換えられるかキャンセルされると言うのは、「過度のドラマ化」だと述べました。

「標準モデルは、発明された日から常に「効果的な理論」として知られています。」とSchummは言いました。 彼は標準モデルを「氷山の一角」に例えた。 言い換えれば、水の下に何があるのか​​を完全に知らなくても、その一角が観察され、よく理解される「氷山の一角」です。 「私はいくらでもお金をかけます。 [the Standard Model] 氷山の一角を示すように決して崩れないだろう」と彼は考えた。

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