物理学者は、力と粒子に関する洗練された理論的説明 (素粒子物理学の標準モデル) が不完全であるに違いないことを知っています。暗黒物質の存在など、説明できない現象が多数あるからです。
しかし、観測によりモデルの精度がますます正確に確認され続けています。いわゆる粒子の質量の不一致など、パターンを破っているように見える測定結果も W ボソン、さらなる調査で蒸発した。
さて、スイスのジュネーブ近郊にあるヨーロッパの素粒子物理学研究所であるCERNの大型ハドロン衝突型加速器(LHC)での実験の分析は、標準モデルから逸脱する1つの結果の証拠を示唆している。と呼ばれる粒子の崩壊に関係します。 の上 他の粒子にミソン。その成果は、 物理的なレビューレターこれは、エネルギーを物質に変える陽子と陽子の衝突による破片の新しい物理学を探している素粒子物理学者にとって、最後に残された異常現象の 1 つです。
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自然 CERN の LHC Beauty Experiment (LHCb) による最新の発見と、それらを説明できる可能性のあるエキゾチックな重粒子について探ります。
実験で何が分かりましたか?
LHCb は、新しい重粒子を直接探すのではなく、粒子の崩壊に影響を与える「仮想粒子」として突然現れる場合など、その微妙な影響を探します。これらの影響を調べるために、研究者らは粒子が崩壊から出現する周波数と角度を分析し、それらが標準モデルによって予測されたものと一致するかどうかを確認しました。新しい分析では、いつ の上 中間子（ボトムクォークと軽いクォークで構成される粒子）は、カオンとして知られる奇妙なクォークと2つのミューオン（電子の重いいとこ）を含む別の食物に崩壊します。彼らは、最終生成物が崩壊から現れる角度が、標準モデルによって予測された角度と一致しないことを発見しました。この異常性の証拠は 2015 年以降増加しています。
これは新しい物理学をどのように示しているのでしょうか?
物理学者はそう考えている の上ペンギンの腐敗として知られる食品の腐敗は、まだ解明されていない物理学の影響を特に受けやすいと言われています。 （英国の理論家ジョン・エリスは、賭けに負けて次の論文にこの言葉を含めざるを得なくなった後、崩壊図がペンギンに似ていることから、1977年にこの用語を作った。）崩壊には量子ループが含まれており、ボトムクォークが、存在しては消えていく「仮想」粒子への一時的な移行を経て、ストレンジ・クォークに変化する。量子物理学では、標準モデルにはない重い粒子でも一時的にこのループに入り、既知の粒子だけでは不可能な特性を最終生成物に残すことができます。
この崩壊は非常にまれであるため、およそ 100 万分の 1 です。 の上 中間子はこのように崩壊します。新しい粒子の影響は、信号がかき消される他のより一般的な崩壊よりも検出しやすいはずです。
興奮するべきでしょうか？
解析には、2011年から2018年までの2回の実験でLHCに蓄積された約6,500億個の崩壊が含まれている。出現した粒子の角度の測定は、約4シグマの有意性で標準モデルに適合しない。これは、この信号を生成する通常の標準モデルプロセスからのランダムノイズの確率は約 16,000 分の 1 であることを意味すると、英国エディンバラ大学の素粒子物理学者で LHCb に取り組むウィリアム・バーター氏は述べています。 「これは、LHC における近年の最も重要な成果の 1 つです」とバーター氏は言います。特に興味深いのは、この発見がコンパクトミュオンソレノイドまたはCMSと呼ばれる別のLHC実験によって暫定的に確認されたように見えることですが、この実験ではこの問題に関して矛盾が見られました。 の上-統計的有意性は低いものの、食品の腐敗。
しかし、チャーム・クォークと呼ばれる粒子が関与する競合する崩壊は、ボトムからストレンジへの遷移と同じ生成物を生成する可能性があり、理論家にとって、これらの「魅力的なペンギン」が最終的な崩壊生成物の角度にどのような影響を与えるかを正確に予測するのは難しいため、興奮は和らげられる、と彼は付け加えた。理論によれば、この減衰は標準モデルからの完全な逸脱を説明できないと考えられますが、その存在には注意が必要です。
もし信号が本物なら、どのような新しい粒子でそれを説明できるでしょうか?
この矛盾を説明できる可能性の 1 つは、機械粒子が G「（表現した） G prime) は、の分解に関与する仮想粒子です。 の上 ボトムクォークからストレンジへの遷移の一部としての中間子。物理学者らは、この粒子はまだ発見されていない新しい力に関連していると考えられ、次のものに似ていると提案しています。 G ボソンは、放射性崩壊に関与する弱い核力を媒介する 2 つの粒子のうちの 1 つです。しかし G英国ケンブリッジ大学の理論物理学者ベン・アルナック氏は、「粒子はより重くなり、特定の粒子群と優先的に相互作用するようになる」と話す。 G「粒子の異なる『フレーバー』を区別する仲介力です」と彼は付け加えた。この理論は、標準モデルの粒子質量がなぜこれほど異なるのかを説明するのにも役立ちます。
もう一つの可能性は、レプトクォークの存在です。レプトクォークは、高エネルギーでは、レプトンとクォークという 2 つの粒子ファミリーの特性を持つと提案されている短寿命粒子です。レプトクォークは、ボトムクォークがストレンジクォークに遷移する別の方法を提供し、観測された崩壊角を引き起こす可能性もある、とバーター氏は言う。
他にどのような異常が標準モデルに挑戦する可能性がありますか?
他には誰も残っていない。長年にわたる予想外の違いはこうなる の上 中間子は電子に崩壊し、ミューオンは 2022 年に蒸発しました。追加のデータもあります。そして2024年、LHCの物理学者らは、2年前に別の実験であるフェルミ研究所（CDF）の加速器検出器で見られた明らかな異常の可能性を否定した。物理学者らも何十年もの間、磁場中でのミュオンの奇妙な挙動が新しい物理学で説明できるのではないかと疑問を抱いてきたが、2023年の修正予測では説明に矛盾がない可能性があることが示唆された。
LHC の実験者は、自分たちの結果と標準モデルの間に別の緊張があることに気づきました – 関連する発見 の上-食物の崩壊と、すべてに質量を与える場に関連する粒子であるヒッグス粒子にも影響します。しかし、それらはいずれも前回の結果ほど重要ではないとアラナ氏は言う。
詳細はいつわかりますか?
LHCbの物理学者たちは、2018年以来衝突型加速器に蓄積されたペンギンの崩壊データの山をまだ解析していない。初期の解析が完了した今なら、より早く解析が行われるだろう、とバーター氏は言うが、新たな結果は早くても来年まで期待できないという。もし G「既存でそれほど重くないので、特に2030年から計画されているアップグレードされた高出力機械では、他のLHC実験でその減衰が直接観察される可能性があるとアラナハ氏は付け加えた。
この記事は許可を得て転載されており、 初公開 2026 年 5 月 1 日。
