Pengukuran Boson Tak Terduga Mengancam Model Standar Fisika

Setelah satu dekade pengukuran yang cermat, para ilmuwan mengumumkan pada hari Kamis bahwa partikel fundamental – W boson – memiliki massa yang jauh lebih besar daripada yang diteorikan, mengguncang fondasi pemahaman kita tentang cara kerja Semesta.

Fondasi tersebut didasarkan pada Model Standar fisika partikel, yang merupakan teori terbaik yang dimiliki para ilmuwan untuk menggambarkan blok bangunan paling dasar Semesta, dan kekuatan apa yang mengaturnya.

Boson W mengatur apa yang disebut gaya lemah, salah satunya empat kekuatan fundamental alam, dan karena itu merupakan pilar Model Standar.

Namun penelitian baru diterbitkan di Sains mengatakan bahwa pengukuran paling tepat yang pernah dibuat dari W Boson secara langsung bertentangan dengan prediksi model.

Ashutosh Kotwal, fisikawan di Duke University yang memimpin penelitian tersebut, mengatakan kepada AFP bahwa hasil tersebut membutuhkan lebih dari 400 ilmuwan selama 10 tahun untuk meneliti empat juta kandidat boson W dari “set data sekitar 450 triliun tabrakan”.

Tabrakan ini – dibuat dengan menghancurkan partikel bersama-sama dengan kecepatan luar biasa untuk mempelajarinya – dilakukan oleh Tabrakan Tevatron di negara bagian Illinois AS.

Itu adalah akselerator partikel berenergi tertinggi di dunia hingga 2009, ketika digantikan oleh Collider Hadron Besar dekat Jenewa, yang terkenal mengamati Higgs boson beberapa tahun kemudian.

Tevatron berhenti beroperasi pada 2011, tetapi para ilmuwan di Collider Detector di Fermilab (CDF) telah menghitung angka sejak itu.

Bagan yang menunjukkan partikel dasar Model Standar. (Peringatan Sains)

‘Fisura’ dalam model

Harry Cliff, fisikawan partikel di Universitas Cambridge yang bekerja di Large Hadron Collider, mengatakan Model Standar adalah “mungkin teori ilmiah paling sukses yang pernah ditulis”.

“Itu bisa membuat prediksi yang sangat tepat,” katanya. Tetapi jika prediksi itu salah, model tidak bisa begitu saja di-tweak.

“Ini seperti rumah kartu, Anda terlalu banyak menariknya, semuanya runtuh,” kata Cliff kepada AFP.

Model Standar bukan tanpa masalah.

Misalnya, itu tidak memperhitungkan materi gelapyang bersama dengan energi gelap diperkirakan membentuk 95 persen alam semesta. Ia juga mengatakan bahwa Semesta seharusnya tidak ada sejak awal, karena Dentuman Besar seharusnya memusnahkan dirinya sendiri.

Selain itu, “beberapa celah baru-baru ini terungkap” dalam model tersebut, kata fisikawan dalam sebuah pendamping Sains artikel.

“Dalam kerangka petunjuk bahwa ada bagian yang hilang pada Model Standar, kami telah berkontribusi satu lagi, petunjuk yang sangat menarik, dan agak besar,” kata Kotwal.

Jan Stark, fisikawan dan direktur penelitian di lembaga CNRS Prancis, mengatakan “ini adalah penemuan besar atau masalah dalam analisis data,” memprediksi “diskusi yang cukup panas di tahun-tahun mendatang”.

Dia mengatakan kepada AFP bahwa “klaim luar biasa membutuhkan bukti luar biasa”.

‘Kesepakatan besar’

Para ilmuwan CDF mengatakan mereka telah menentukan massa boson W dengan presisi 0,01 persen – dua kali lebih presisi dari upaya sebelumnya.

Mereka membandingkannya dengan mengukur berat gorila seberat 350 kilogram (800 pon) dengan 40 gram (1,5 ons).

Mereka menemukan boson berbeda dari prediksi Model Standar dengan tujuh standar deviasi, yang juga disebut sigma.

Cliff mengatakan bahwa jika Anda melempar koin, “peluang mendapatkan hasil lima sigma dengan keberuntungan adalah satu dari tiga setengah juta”.

“Jika ini nyata, dan bukan bias sistematis atau kesalahpahaman tentang bagaimana melakukan perhitungan, maka ini adalah masalah besar karena itu berarti ada unsur fundamental baru di alam semesta kita yang belum pernah kita temukan sebelumnya,” katanya.

“Tetapi jika Anda akan mengatakan sesuatu yang sebesar kita telah memecahkan Model Standar fisika partikel, dan ada partikel baru di luar sana untuk ditemukan, untuk meyakinkan orang bahwa Anda mungkin memerlukan lebih dari satu pengukuran dari lebih dari satu percobaan . “

Juru bicara CDF David Toback mengatakan bahwa “sekarang terserah pada komunitas fisika teoretis dan eksperimen lain untuk menindaklanjuti ini dan menjelaskan misteri ini”.

Dan setelah satu dekade pengukuran, Kotwal belum selesai.

“Kami mengikuti petunjuk dan tidak meninggalkan kebutuhan bisnis yang terlewat, jadi kami akan mencari tahu apa artinya ini.”

© Agence France-Presse