Konnte der amtierende Physikmodell schließlich werden entthront?

Anmerkung des Herausgebers: diese Geschichte wurde aktualisiert am Freitag, den 11. September um 2:45 Uhr ET

Schwierigkeiten Braut in der geordneten Welt der subatomaren Physik.

Neuer Erkenntnisse aus der weltweit größten Atom Smasher, der Large Hadron Collider in Genf, Schweiz, legt nahe, dass bestimmte winzige Elementarteilchen namens Leptonen Verhalten sich nicht wie erwartet.

Bisher deuten die Daten nur auf diese Fehlverhalten Leptonen. Aber wenn mehr Daten ihrer eigensinnige Verhalten bestätigen, die Partikel würde die ersten Risse in der amtierende Physikmodell für subatomare Teilchen, sagen Forscher. [Fotos von der weltweit größten Atom Smasher]

Der amtierende Modell

Ein einzelnes Modell, genannt das Standardmodell regelt die bizarre Welt der die winzig kleinen. Es bestimmt das Verhalten jedes subatomare Teilchen von geisterhaften Neutrinos, die lang ersehnte Higgs-Boson (entdeckt im Jahr 2012), die erklärt, wie andere Teilchen ihre Masse. Hunderte von Experimenten über vier Jahrzehnten haben Physiker immer und immer wieder bestätigt, dass das Standard-Modell eine genaue Vorhersage der Realität ist.

Aber das Standard-Modell ist nicht das ganze Bild davon, wie das Universum funktioniert. Zum einen habe nicht Physiker einen Weg gefunden, den Mikrokosmos des Standardmodells mit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, zu vereinbaren, die beschreibt, wie massive Verwerfungen Raumzeit in einem größeren Maßstab. Und weder Theorie erklärt, dass die mysteriöse Substanz namens dunkle Materie, die größten Teil des Universums Angelegenheit macht, noch kein Licht ausstrahlt. So wurden Physiker auf der Jagd für alle Ergebnisse, die grundlegenden Prämissen das Standard-Modell, in der Hoffnung, widersprechen, dass es neue Physik offenbaren könnte. [Über Higgs: 5 andere Partikel, die im Universum lauern können]

Risse im Fundament

Physiker können gefunden haben einen solchen Widerspruch bei den Large Hadron Collider (LHC), die Balken voll gepackt mit Protonen um einen 17-Meile-langen (27 Kilometer) unterirdischen Ring beschleunigt und zerschlägt sie ineinander, erstellen eine Dusche von kurzlebigen Teilchen.

Während der Sichtung durch den Buchstabensalat von kurzlebigen Teilchen, Wissenschaftler mit dem LHC Schönheit Experiment (LHCb) bemerkte eine Diskrepanz wie oft B-Mesonen-Teilchen mit Masse fünfmal, des Protons — in zwei andere Arten von electronlike Teilchen, genannt der Tau Lepton und die Myonen zerfallen.

Die LHCb Wissenschaftler bemerkte etwas mehr Tau-Leptonen als sie erwartet, die sie erstmals in diesem Jahr berichtet hatten. Aber das Ergebnis war sehr vorläufige. Von LHCb Daten allein, gab es eine hohe Wahrscheinlichkeit – ca. 1: 20 –, dass ein statistischer Zufall die Ergebnisse erklären konnte.

"Dies ist ein kleiner Tipp, und Sie nicht hätte höchst aufgeregt, bis Sie mehr davon, sehen", sagte Hassan Jawahery, ein Physiker an der University of Maryland in College Park, arbeitet auf das LHCb-Experiment.

Aber diese gleiche Diskrepanz in den Tau Lepton Myon-Verhältnis ist bei Stanford University BaBar-Experiment, das die Folgen von Elektronen kollidieren mit ihren Partnern Antimaterie, Positronen verfolgt vor, aufgetaucht.

Mit beiden Datenquellen kombiniert chance die Wahrscheinlichkeit, dass die Tau Lepton Myon-Diskrepanz ein Nebenprodukt der zufällige ist Tropfen deutlich. Die neuen Ergebnisse sind mit einer Sicherheit von "4-Sigma," was bedeutet, es gibt eine 99.993-prozentige Chance, die Diskrepanz zwischen Tau-Leptonen und Myonen darstellt ein echtes physikalisches Phänomen, und kein Nebenprodukt der Zufall, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Physical Review Letters Sept. 4. (In der Regel ankündigen Physiker große Entdeckungen, wie die des Higgs-Bosons, wenn Daten erreicht 5-Sigma Signifikanzniveau d.h. es gibt eine 1 in 3,5 Millionen-Chance, dass der Befund ein statistischer Zufall ist.)

"ihre Werte sind völlig im Einklang mit unseren," sagte Vera Luth, ein Physiker an der Stanford University in Kalifornien, die an das BaBar-Experiment gearbeitet. "Wir freuen uns natürlich, dass es nicht ganz wie eine Fluktuation aussieht. Es kann tatsächlich richtig sein."

Seltsame neue Welten?

Natürlich ist es noch zu früh, um mit absoluter Sicherheit sagen, das etwas faul in der Welt des sehr kleinen vor sich geht. Aber die Tatsache, die ähnliche Ergebnisse gefunden wurden, mit völlig unterschiedlichen experimentellen Modellen der LHCb-Ergebnisse, stärkt sagte Zoltan Ligeti, ein theoretischer Physiker am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien, der nicht in den aktuellen Experimenten beteiligt war. Darüber hinaus die B-Fabrik in der Atom-Zerschlagung KEK-B-Experiment in Japan eine ähnliche Abweichung gefunden hat, fügte er hinzu.

Wenn das Phänomen, die, das Sie gemessen haben, hält mit weiteren Tests, "die Implikationen für Theorie und wie wir die Welt sehen sehr erheblich sein würde", sagte Ligeti Leben Wissenschaft. "Es ist wirklich eine Abweichung von der Standard-Modell in eine Richtung, die meisten Menschen nicht erwartet hätte."

Zum Beispiel eines der Top-Anwärter, dunkle Materie und dunkle Energie ist eine Klasse von Theorien bekannt als Supersymmetrie, die postuliert, dass jedes bekannte Partikel eine Superpartner mit etwas unterschiedlichen Eigenschaften hat zu erklären. Aber die beliebtesten Versionen dieser Theorien die neuen Ergebnisse nicht erklären können, sagte er.

Die neuen Ergebnisse sind nicht immer noch, noch nicht bestätigt. Das sagte warten, bis das Team beginnt, Analyse von Daten aus der neuesten Ausführung des LHC, der bis fast das Doppelte der Energieniveaus im April hochgefahren, Jawahery.

"Die Unsicherheiten sind nach wie vor groß, und wir würden gerne besser machen", sagte Luth. "Ich bin sicher, dass der LHCb tun wird."

Anmerkung des Herausgebers: diese Geschichte wurde aktualisiert, um die Beschreibung des B-Meson zu korrigieren. Es hat eine Masse ungefähr fünf Mal die Masse eines Protons und ist kein Kraft-Träger.

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