Ghost in the Machine: Atom Smasher ini 'Partikel Baru' dalam sebuah ilusi

 

Teknologi - Ketika Anda mencari tinggi dan rendah untuk kunci Anda hilang, kadang-kadang tempat di mana Anda tidak melihat mereka dapat membantu Anda mempersempit mana mereka mungkin. Dalam ilmu, mencari fisika baru sering mengambil jalan yang sama.

Pada bulan Desember 2015, para ilmuwan di Large Hadron Collider (LHC) - partikel di dunia akselerator terbesar - pikir mereka mungkin telah melihat sedikit partikel baru, dan dengan itu, jendela ke fisika di luar apa yang para ilmuwan tahu sekarang. Namun temuan ternyata menjadi hantu, kebetulan statistik.

Namun, meskipun hasil negatif, fakta bahwa tidak ada ada menunjukkan bahwa memerintah teori fisika partikel yang bekerja dengan sangat baik, kata para ahli. Tapi hasilnya hanya memperdalam misteri fisikawan mencoba untuk memecahkan, dan mendorong mereka untuk mencari tahu di mana partikel baru atau kekuatan bisa bersembunyi.

"Kabar buruknya adalah [pengukuran] tidak menunjukkan apa-apa," kata fisikawan teoritis Matt Strassler. "Kabar baiknya adalah bahwa itu pekerjaan yang benar-benar baik tidak menunjukkan apa-apa."

Strassler sendiri baru-baru ini memberikan ceramah di Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir (CERN), yang menjalankan LHC, pada apa yang dapat dipelajari dari hasil tersebut, atau kekurangan itu. "Ini seperti jika Anda juling mencoba untuk melihat sesuatu - kadang-kadang Anda akan melihat sesuatu, dan kadang-kadang akan menjadi ilusi," kata Strassler Live Science.

tabrakan energi tinggi

LHC menggunakan sekitar 9.600 magnet besar untuk mengedarkan aliran proton dalam (27 kilometer) ring 17 mil panjang. Proton ini dipercepat mendekati kecepatan cahaya dan kemudian hancur bersama-sama. tabrakan yang dihasilkan melepaskan kaskade partikel subatom dan radiasi yang dapat memberikan petunjuk tentang blok bangunan materi.

Setelah absen dua tahun untuk upgrade, LHC dipecat lagi tahun lalu, kali ini berjalan pada energi yang lebih tinggi.

Apa yang para ilmuwan ditemukan pada bulan Desember adalah bahwa dua sistem deteksi, satu disebut ATLAS dan lainnya disebut CMS, menemukan benjolan aneh di bidang energi versus "peristiwa." (Events dasarnya deteksi foton atau partikel.)

benjolan itu cukup besar bahwa itu tampak menarik untuk para ilmuwan. bukti jika nyata, itu bisa saja dari tidak ada partikel telah terlihat sebelumnya pada energi dari 750 miliar elektron volt (GeV). Selama LHC run saat ini, bisa mencapai energi hampir 13 triliun elektron volt (TEV).

Data dari puing-puing

Ketika pecah bersama-sama, energi proton membawa akan berubah menjadi partikel, masing-masing dengan energi karakteristik. Sebagian besar partikel-partikel ini berumur pendek, meskipun, dan pembusukan menjadi partikel lain dan foton.

Untuk alasan ini, pendeteksian partikel sering tidak langsung. Inilah yang terjadi pada tahun 2012, ketika para ilmuwan menemukan Higgs boson, partikel elementer yang berpikir untuk menjelaskan bagaimana partikel lain mendapatkan massa mereka. Dan ini adalah mengapa benjolan terbaru itu begitu menarik.

Tapi sekarang, data baru dari CMS, dikumpulkan sejak Desember, menunjukkan bahwa 750 GeV benjolan kemungkinan ilusi - artefak statistik dari jenis yang kadang-kadang tanaman dalam percobaan seperti ini, kata Michael Peskin, seorang ahli fisika teoritis di SLAC National Accelerator Laboratorium. [Di luar Higgs: 5 Elusive Partikel yang Mungkin Mengintai di alam semesta]

Bahkan kembali pada bulan Desember, beberapa fisikawan - Peskin di antara mereka - memiliki keraguan. Dia mencatat tim bekerja pada LHC mengeluarkan pernyataan yang mengatakan, efektif, mereka tidak mengeluarkan satu. "Pernyataan itu mengatakan signifikansi statistik itu terlalu rendah untuk melaporkan pengamatan," kata Peskin.

Tapi itu tidak berarti itu hasil yang tidak berguna, kata Strassler. Juga tidak berarti serentetan makalah berteori tentang apa pengamatan bisa hanya salah dan tidak layak dipertimbangkan, tambahnya. pekerjaan seperti itu sering dapat menghasilkan wawasan penting di jalan.

"Proses menjadi yakin tidak ada yang terlewatkan akan memakan waktu lebih lama daripada menemukan sesuatu," katanya. "Kadang-kadang hal-hal di 750 GeV mungkin relevan untuk partikel 10 kali lebih kecil yang belum ditemukan."

Sisi baiknya

Hasil negatif seperti ini juga penting karena mereka menunjukkan hanya di mana masalah konseptual dengan teori-teori saat ini mungkin berbohong. Dalam hal ini, teori adalah Model Standar, teori memerintah dalam fisika yang menggambarkan perkumpulan partikel subatom yang membentuk alam semesta. [Lucu Fisika: The Coolest kecil Partikel di Alam]

Tapi fenomena seperti materi gelap, hal-hal tak terlihat yang diduga membuat 85 persen dari materi di alam semesta, menunjukkan bahwa Model Standar tidak lengkap. Dan fisikawan dan kosmolog memiliki waktu yang sulit menjelaskan mengapa alam semesta didominasi oleh materi daripada antimateri, atau mengapa medan Higgs yang memberikan hal-hal massa adalah kekuatan yang sangat.

"Untuk Higgs boson, kami akhirnya harus mengatakan, 'Itu cara itu,'" kata Peskin. "Dan aku tidak suka mengatakan bahwa." Harus ada alasan, ia menambahkan, bahwa medan Higgs terlihat jalan tersebut, dan Model Standar dengan sendirinya tidak benar-benar memberikan jawabannya.

Di sinilah hasil negatif dapat berguna. Sebagai contoh, ada banyak ekstensi untuk Model Standar yang mengusulkan sesuatu yang disebut supersimetri, atau SUSY. Teori ini mengatakan bahwa setiap partikel memiliki partikel mitra belum-to-be-ditemukan. Adanya mitra tersebut akan membantu fisikawan memahami mengapa boson Higgs memiliki nilai yang dilakukannya (dan memprediksi bahwa ada adalah mitra supersymmetric ke Higgs, juga).

Selama bertahun-tahun, hasil negatif telah membantu mempersempit model SUSY yang bekerja, kata Peskin. "Pada dasarnya setiap model SUSY di atas meja di pertengahan 2000-an kini dikecualikan," katanya. tidak berarti SUSY ini salah, tapi membantu peneliti fokus pekerjaan teoritis.

Pelajaran dari sejarah

Sejarah ilmu pengetahuan mencatat sejumlah hasil negatif yang menyebabkan wawasan yang lebih besar. Pada tahun 1887, Albert Michelson dan Edward Morley melakukan percobaan untuk menemukan aether, sebuah media yang diusulkan yang dianggap membawa gelombang cahaya. Jika aether ada, kecepatan cahaya harus berubah tergantung pada arah balok. Tidak, dan tahun kemudian, Albert Einstein digunakan bahwa hasil negatif sebagai bagian dari perumusan teori relativitas, yang mengatakan itu adalah ruang-waktu itu sendiri yang berubah untuk menjaga kecepatan cahaya yang sama di semua kerangka acuan . [8 Cara Anda Bisa Lihat Teori Relativitas Einstein di Kehidupan Nyata]

Masalah ini adalah cara orang dikandung gelombang cahaya. "Mungkin [cahaya] gelombang yang berbeda dari gelombang lain kita tahu tentang," kata Strassler, dalam bahwa mereka tidak membutuhkan medium untuk melakukan perjalanan melalui.

Strassler mencatat bahwa tak seorang pun telah membuat semacam ini lompatan mendasar belum. Dalam kasus Michelson-Morley, misalnya, itu menyadari bahwa gelombang cahaya tidak membutuhkan medium. Untuk fisikawan partikel, itu bahkan tidak jelas apa wawasan harus. Ini mungkin masalahnya adalah teknis dan ilmuwan hanya perlu akselerator yang lebih baik dan detektor untuk menemukan partikel baru. Atau bisa konseptual, karena itu untuk Michelson dan Morley, kata Strassler.

Beberapa fisikawan mengatakan hasil negatif kemungkinan besar tidak akan memiliki signifikansi luar hanya menjadi hantu statistik. "Kita tahu bahwa Model Standar bukanlah teori yang lengkap, dan bahwa itu harus diperpanjang di beberapa skala energi. Tapi, secara teoritis, ada jutaan kemungkinan ekstensi, dan kita perlu petunjuk dari percobaan yang merupakan salah satu yang benar," kata Adam Falkowski, seorang ahli fisika partikel teoritis di Pusat Nasional de la Recherche Scientifique (CNRS) di Paris, dan co-penulis kertas menggambarkan implikasi dari 750 GeV benjolan menjadi efek nyata.

Namun, hasilnya bisa membantu dalam beberapa hal, kata Nhan Tran, seorang peneliti postdoctoral di Fermi National Accelerator Laboratory di Illinois. "Ini memberikan kontribusi untuk pengetahuan kita tentang apa yang tidak ada," katanya. "Membantu kita fokus pada di mana kita harus mencari."

Sementara itu, Peskin mengatakan dia berpikir perbandingan antara percobaan saat ini di LHC dan awal bekerja untuk menemukan aether diusulkan adalah sedikit dilebih-lebihkan. "Michelson [dan] secara lebih meniup teori sebelumnya," katanya. Model Standar adalah di tanah yang lebih kuat, katanya. Namun, ia menambahkan bahwa hasil seperti ini membuat dia kurang percaya diri tentang ide-ide seperti SUSY. "Pada hari Selasa, Kamis dan Sabtu, saya percaya di dalamnya," katanya. "Pada hari-hari lain, saya pikir itu bisa apa saja."

Pada saat yang sama, LHC merupakan alat baru yang kuat, kata Peskin. "Kemampuan kita untuk mendeteksi partikel SUSY jauh lebih kuat," katanya. "Jika Anda percaya bahwa mereka berada di sana, mungkin muncul di tahun depan."