Dunia mungil-mungil, dunia kuantum, bisa memiliki cita rasa favorit.
Kita tidak berbicara tentang kerucut es krim itty-bitty, tentu saja. Dunia partikel dibagi menjadi tiga kubu, yang disebut "rasa" (jangan tanya mengapa). Sebagai contoh, elektron mewakili satu rasa, dan ada dua partikel lain dengan sifat yang hampir identik, muon dan tau, yang memiliki rasa sendiri. Kami sudah lama menduga - tetapi tidak terbukti - bahwa ketiga rasa harus sejajar.
Tapi, sayangnya, bertahun-tahun percobaan collider mulai memberi kesan bahwa mungkin tidak semuanya serba bisa.
Hasil percobaan ini masih tentatif, dan tidak cukup signifikan untuk mengklaim penemuan tegas celah dalam Alkitab fisika partikel yang disebut Model Standar. Namun, jika hasilnya bertahan, itu bisa membuka pintu gerbang untuk memahami segala sesuatu dari materi gelap hingga asal usul alam semesta. Anda tahu, masalah besar yang belum terpecahkan dalam fisika modern.
Rasa standar
Model Standar fisika partikel memerintah tertinggi, berhasil melewati serangan percobaan dari percobaan di seluruh dunia selama beberapa dekade. Teori ini menyatukan pemahaman kita tentang tiga dari empat kekuatan fundamental alam semesta - elektromagnetisme, nuklir kuat dan nuklir lemah - di bawah satu panji kuantum. Semua mengatakan, itu adalah teori yang paling teruji dalam semua sains, yang mampu menjelaskan beragam interaksi mendasar.
Dengan kata lain, Anda tidak main-main dengan Model Standar.
Namun, kita tahu gambaran dunia subatomik ini jauh dari sempurna. Hanya untuk menyebutkan beberapa contoh, itu tidak menjelaskan massa neutrino atau memberi kita petunjuk tentang materi gelap. Mayoritas fisikawan percaya bahwa ada teori lain, sejauh ini tidak diketahui, yang mencakup semua yang dapat dijelaskan oleh Model Standar dan hal-hal yang tidak dapat dijelaskan.
Masalahnya adalah kita tidak tahu seperti apa teori itu atau prediksi apa yang mungkin dihasilkannya. Jadi kita tidak hanya tidak tahu jawaban penuh untuk kehidupan, alam semesta dan segala sesuatu di antaranya, kita juga tidak tahu bagaimana mendapatkan jawaban itu.
Untuk menemukan petunjuk "A Better Theory," para peneliti sedang mencari ketidaksempurnaan atau prediksi salah dari Model Standar - celah dalam teori itu mungkin bisa membuka pintu untuk sesuatu yang lebih besar.
Salah satu dari banyak prediksi Model Standar menyangkut sifat lepton, yang kecil, partikel soliter seperti elektron atau quark. Lepton dikelompokkan menjadi tiga kelas, yang dikenal sebagai generasi atau rasa tergantung pada fisikawan mana yang Anda tanyakan. Partikel dengan rasa yang berbeda akan berbagi semua sifat yang sama kecuali memiliki massa yang berbeda. Misalnya, elektron, muon dan partikel tau semuanya memiliki muatan listrik dan putaran yang sama, tetapi muon lebih besar daripada elektron, dan tau lebih dari itu - mereka memiliki rasa yang berbeda.
Menurut Model Standar, ketiga rasa elektron ini harus berperilaku sama persis. Interaksi mendasar harus menghasilkan masing-masing dengan probabilitas yang sama; alam tidak bisa membedakan antara keduanya, sehingga tidak benar-benar menyukai satu rasa daripada yang lain.
Ketika datang ke tiga rasa, alam mengambil pendekatan Neapolitan: semuanya.
Hasil yang indah
Itu semua teori, jadi harus diuji. Selama bertahun-tahun, berbagai eksperimen, seperti yang dilakukan di Large Hadron Collider di CERN dan fasilitas BaBar, di mana partikel-partikel fundamental dihancurkan bersama dalam tabrakan besar-besaran. Partikel yang dihasilkan yang dihasilkan dari tabrakan tersebut dapat memberikan petunjuk tentang bagaimana alam bekerja di tingkat terdalam. Dan beberapa tabrakan ini telah dirancang untuk melihat apakah alam menyukai satu rasa lepton daripada yang lainnya.
Secara khusus, satu jenis partikel, yang disebut quark bawah, benar-benar menikmati pembusukan menjadi lepton. Terkadang itu menjadi elektron. Terkadang muon. Terkadang tau. Tapi tidak peduli apa, ketiga rasa memiliki peluang yang sama muncul dari reruntuhan.
Fisikawan telah berhasil mengumpulkan ratusan juta peluruhan kuark bawah seperti itu, dan mulai beberapa tahun yang lalu sesuatu yang aneh muncul dalam data: Alam tampaknya lebih menyukai partikel tau dalam interaksi ini sedikit lebih banyak daripada lepton lainnya. Itu hampir tidak signifikan secara statistik, jadi, mudah untuk membuang hasil ini hanya sebagai kebetulan statistik; mungkin, kami hanya tidak kehabisan tabrakan sehingga segalanya bisa berakhir.
Tetapi seiring berlalunya waktu, hasilnya telah macet, seperti dikatakan fisikawan Antonio Pich, dari Universitas Valencia di Spanyol, dalam ulasan penelitian ini yang diterbitkan dalam database preprint arXiv pada bulan November. Alam tampak sangat keras kepala ketika datang ke favoritismenya yang terlihat dari partikel tau. Hasilnya masih belum konklusif, tetapi kegigihannya selama bertahun-tahun dan di berbagai eksperimen telah membuat head-scratcher nyata.
Model yang tidak terlalu standar
Dalam Model Standar, berbagai rasa lepton mendapatkan ... yah, rasa ... melalui interaksinya dengan boson Higgs: Semakin banyak aroma berinteraksi dengan Higgs, semakin besar massanya. Tetapi sebaliknya alam tidak membedakan di antara mereka, maka prediksi bahwa semua rasa harus muncul secara merata dalam semua interaksi.
Tetapi jika yang disebut "anomali rasa" ini memang merupakan fitur nyata dari alam semesta kita dan bukan hanya beberapa bug dalam pengumpulan data, maka kita perlu beberapa cara untuk menjelaskan mengapa alam lebih peduli pada partikel tau daripada elektron atau muon. Satu kemungkinan adalah bahwa mungkin ada lebih dari satu jenis boson Higgs terbang di sekitar - satu untuk menyediakan massa elektron dan muon, dan yang lain sangat menyukai tau, yang memungkinkannya untuk keluar dari interaksi lebih sering.
Kemungkinan lain adalah bahwa ada partikel tambahan yang berbicara dengan tau - partikel yang belum kita lihat dalam percobaan. Atau mungkin ada beberapa simetri fundamental dari alam yang mengungkapkan dirinya hanya melalui bisikan reaksi lepton - dengan kata lain, beberapa kekuatan alam baru yang hanya muncul dalam interaksi langka yang tidak jelas ini.
Sampai kita membuat bukti tetap (saat ini, signifikansi statistik dari perbedaan ini adalah sekitar 3-sigma, yang mewakili peluang 99,3% bahwa hasil ini hanya kebetulan, sedangkan "standar emas" untuk fisika partikel adalah 5-sigma, atau 99,97%), kita tidak tahu pasti. Tetapi jika bukti benar-benar diperketat, kita dapat berpotensi menggunakan wawasan baru ini untuk menemukan fisika baru di luar Model Standar, membuka kemungkinan menjelaskan yang saat ini tidak dapat dijelaskan, seperti fisika alam semesta yang sangat awal atau apa pun yang sedang terjadi dengan materi gelap.
