ผลลัพธ์ที่ประกาศโดยการทดลอง LHCb ที่ CERN ได้เปิดเผยคำแนะนำเพิ่มเติมสำหรับปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีฟิสิกส์พื้นฐานในปัจจุบันของเรา
การที่เราได้เห็นผลกระทบแบบเดียวกับที่เพื่อนร่วมงานของเราเห็นในเดือนมีนาคม ช่วยเพิ่มโอกาสให้เราได้ค้นพบสิ่งใหม่ๆ อย่างแท้จริง
แฮร์รี่ คลิฟ
ในเดือนมีนาคม 2020 การทดลองเดียวกันนี้ได้เปิดเผยหลักฐานของอนุภาคที่ทำลายหนึ่งในหลักการสำคัญของแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งเป็นทฤษฎีอนุภาคและแรงที่ดีที่สุดของเรา ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของอนุภาคและแรงพื้นฐานใหม่
ตอนนี้ การวัดเพิ่มเติม โดยนักฟิสิกส์ที่ ห้องปฏิบัติการคาเวนดิช ของเคมบริดจ์ ได้พบผลกระทบที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งช่วยส่งเสริมกรณีของฟิสิกส์ใหม่
แบบจำลองมาตรฐานอธิบายอนุภาคทั้งหมดที่รู้จักซึ่งประกอบขึ้นเป็นเอกภพและพลังที่พวกมันโต้ตอบผ่าน มันผ่านการทดสอบการทดลองทุกครั้งจนถึงปัจจุบัน แต่นักฟิสิกส์ก็รู้ว่าต้องไม่สมบูรณ์ ไม่รวมถึงแรงโน้มถ่วงและไม่สามารถอธิบายได้ว่าสสารเกิดขึ้นได้อย่างไรในช่วงบิกแบง และไม่มีอนุภาคใดที่สามารถอธิบายสสารมืดลึกลับที่ดาราศาสตร์บอกเราว่ามีมากมายกว่าสิ่งที่ประกอบขึ้นเป็นห้าเท่า โลกที่มองเห็นได้รอบตัวเรา
ด้วยเหตุนี้ นักฟิสิกส์จึงค้นหาสัญญาณของฟิสิกส์นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐานมาเป็นเวลานาน ซึ่งอาจช่วยให้เราไขความลึกลับเหล่านี้ได้
วิธีหนึ่งที่ดีที่สุดในการค้นหาอนุภาคและแรงใหม่คือการศึกษาอนุภาคที่เรียกว่าบิวตี้ควาร์ก เหล่านี้เป็นลูกพี่ลูกน้องที่แปลกใหม่ของควาร์กขึ้นและลงที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสของทุกอะตอม
บิวตี้ควาร์กไม่มีอยู่จริงในโลกรอบๆ นี้ เนื่องจากพวกมันมีอายุสั้นอย่างไม่น่าเชื่อ โดยสามารถอยู่รอดได้โดยเฉลี่ยเพียงหนึ่งล้านล้านวินาทีก่อนที่จะเปลี่ยนรูปหรือสลายไปเป็นอนุภาคอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ควาร์กความงามหลายพันล้านตัวถูกผลิตขึ้นทุกปีโดยเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ของ CERN คือ Large Hadron Collider ซึ่งบันทึกโดยเครื่องตรวจจับที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะที่เรียกว่า LHCb
วิธีที่บิวตี้ควาร์กสลายตัวอาจได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่ของพลังหรืออนุภาคที่ยังไม่ได้ค้นพบ ในเดือนมีนาคม ทีมนักฟิสิกส์ของ LHCb ได้เปิดเผยผลการวิจัยซึ่งแสดงหลักฐานว่าบิวตี้ควาร์กสลายตัวเป็นอนุภาคที่เรียกว่ามิวออนน้อยกว่าอิเล็กตรอนซึ่งเป็นญาติที่เบากว่าของพวกมัน สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายในแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งปฏิบัติต่ออิเล็กตรอนและมิวออนเหมือนกัน ยกเว้นข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนมีน้ำหนักเบากว่ามิวออนประมาณ 200 เท่า เป็นผลให้บิวตี้ควาร์กควรสลายตัวเป็นมิวออนและอิเล็กตรอนในอัตราที่เท่ากัน นักฟิสิกส์ที่ LHCb กลับพบว่าการสลายตัวของมิวออนเกิดขึ้นเพียงประมาณ 85% บ่อยเท่ากับการสลายตัวของอิเล็กตรอน
ความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์ของ LHCb และแบบจำลองมาตรฐานมีข้อผิดพลาดในการทดลองประมาณสามหน่วย หรือ ‘3 ซิกมา’ ตามที่ทราบกันในฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งหมายความว่ามีโอกาสเพียงหนึ่งในพันที่ผลลัพธ์จะเกิดจากความบังเอิญทางสถิติ
สมมติว่าผลลัพธ์ถูกต้อง คำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดก็คือแรงใหม่ที่ดึงอิเล็กตรอนและมิวออนที่มีจุดแข็งต่างกันกำลังรบกวนการสลายของบิวตี้ควาร์กเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้แน่ใจว่าเอฟเฟกต์นั้นเป็นของจริงหรือไม่ จำเป็นต้องมีข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อลดข้อผิดพลาดในการทดลอง เมื่อผลลัพธ์ถึงเกณฑ์ ‘5 ซิกม่า’ เมื่อมีโอกาสน้อยกว่าหนึ่งในล้านที่จะเกิดจากโอกาสสุ่ม นักฟิสิกส์อนุภาคจะเริ่มพิจารณาว่าเป็นการค้นพบที่แท้จริง
ดร.แฮร์รี่ คลิฟ จากห้องปฏิบัติการคาเวนดิชกล่าวว่า “ความจริงที่ว่าเราได้เห็นผลกระทบเช่นเดียวกับเพื่อนร่วมงานของเราในเดือนมีนาคม ช่วยเพิ่มโอกาสให้เราได้ค้นพบสิ่งใหม่ๆ อย่างแท้จริง” “เป็นการดีที่จะไขปริศนาให้กระจ่างขึ้นอีกหน่อย”
ผลลัพธ์ของวันนี้ได้ ตรวจสอบการสลายของบิวตี้ควาร์กใหม่ 2 รายการจากการสลายตัวของตระกูลเดียวกันกับที่ใช้ในผลเดือนมีนาคม ทีมงานพบว่ามีผลเช่นเดียวกัน – การสลายตัวของมิวออนเกิดขึ้นเพียงประมาณ 70% เท่านั้น บ่อยเท่าที่อิเล็กตรอนสลายตัว คราวนี้ข้อผิดพลาดมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งหมายความว่าส่วนเบี่ยงเบนอยู่ที่ประมาณ ‘2 ซิกมา’ ซึ่งหมายความว่ามีโอกาสมากกว่า 2% ที่จะเกิดจากความเบี่ยงเบนทางสถิติของข้อมูล แม้ว่าผลลัพธ์จะยังไม่เป็นที่แน่ชัด แต่ได้เพิ่มการสนับสนุนเพิ่มเติมให้กับกองหลักฐานที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ว่ามีกองกำลังพื้นฐานใหม่ๆ ที่รอการค้นพบอยู่
“ความตื่นเต้นที่ Large Hadron Collider กำลังเพิ่มขึ้นเช่นเดียวกับที่เครื่องตรวจจับ LHCb ที่อัปเกรดแล้วกำลังจะเปิดขึ้นและข้อมูลเพิ่มเติมที่เก็บรวบรวมซึ่งจะให้สถิติที่จำเป็นในการอ้างสิทธิ์หรือหักล้างการค้นพบครั้งสำคัญ” ศาสตราจารย์ Val Gibson จาก ห้องปฏิบัติการคาเวนดิช
