تشير النتائج الحديثة من الأبحاث في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في سيرن بجنيف إلى أننا قد نقترب من إشارات على فيزياء غير مكتشفة. إذا تم تأكيد هذه التلميحات، فإنها ستقلب النموذج المعياري رأسًا على عقب - النظرية التي هيمنت على فيزياء الجسيمات لمدة 50 عامًا. تشير النتائج إلى أن الطريقة التي تتصرف بها جسيمات دون ذرية معينة في LHC تتعارض مع النموذج المعياري.
الجسيمات الأساسية هي اللبنات الأساسية للمادة - جسيمات دون ذرية لا يمكن تقسيمها إلى وحدات أصغر. القوى الأساسية الأربع - الجاذبية، الكهرومغناطيسية، القوة الضعيفة، والقوة القوية - تحكم كيفية تفاعل هذه الجسيمات. LHC هو مسرع جسيمات عملاق مبني في نفق دائري طوله 27 كم تحت الحدود الفرنسية السويسرية. هدفه الرئيسي هو إيجاد شقوق في النموذج المعياري، الذي هو أفضل فهمنا للجسيمات والقوى الأساسية لكنه لا يشرح الجاذبية أو المادة المظلمة - النوع غير المرئي وغير المقاس من المادة الذي يشكل حوالي 25% من الكون.
في LHC، يتم اصطدام حزم من جسيمات البروتون التي تسير في اتجاهين متعاكسين، في محاولة لكشف تلميحات عن فيزياء غير مكتشفة. النتائج الجديدة تأتي من LHCb، وهي تجربة في مصادم الهادرونات الكبير حيث يتم تحليل هذه الاصطدامات. النتيجة تأتي من دراسة الاضمحلال - نوع من التحول - للجسيمات دون الذرية المسماة ب ميزونات. لقد حققنا في كيفية اضمحلال هذه الب ميزونات إلى جسيمات أخرى، ووجدنا أن الطريقة الخاصة التي يحدث بها هذا تتعارض مع تنبؤات النموذج المعياري.
النموذج المعياري مبني على اثنين من أكثر التطورات تحولًا في الفيزياء في القرن العشرين: ميكانيكا الكم ونظرية النسبية الخاصة لأينشتاين. يمكن للفيزيائيين مقارنة القياسات التي تم إجراؤها في منشآت مثل LHC مع التنبؤات المستندة إلى النموذج المعياري لاختبار النظرية بدقة. على الرغم من أننا نعلم أن النموذج المعياري غير مكتمل، إلا أنه في أكثر من 50 عامًا من الاختبارات الصارمة المتزايدة، لم يجد فيزيائيو الجسيمات بعد شقًا في النظرية - أي، ربما، حتى الآن.
قياسنا، المقبول للنشر في Physical Review Letters، يُظهر توترًا بمقدار أربعة انحرافات معيارية عن توقعات النموذج المعياري. من الناحية الواقعية، هذا يعني أنه بعد النظر في الشكوك من النتائج التجريبية ومن التنبؤات النظرية، هناك فرصة واحدة فقط من 16,000 أن يحدث تذبذب عشوائي في البيانات بهذا الحد إذا كان النموذج المعياري صحيحًا. على الرغم من أن هذا لا يصل إلى المعيار الذهبي للعلم - ما يُعرف بخمسة سيجما، أو خمسة انحرافات معيارية (حوالي فرصة واحدة من 1.7 مليون) - إلا أن الأدلة بدأت تتراكم.
إضافة إلى هذه القصة المقنعة نتائج من تجربة LHC مستقلة، CMS، التي نُشرت في وقت سابق من عام 2025. على الرغم من أن نتائج CMS ليست دقيقة مثل تلك من LHCb، إلا أنها تتفق جيدًا، مما يعزز القضية. تم العثور على نتائجنا الجديدة في دراسة لنوع معين من العمليات، المعروف باسم اضمحلال البطريق الكهروضعيف. يشير مصطلح "البطريق" إلى نوع معين من الاضمحلال (تحول) الجسيمات قصيرة العمر. في هذه الحالة، ندرس كيف يضمحل الب ميزون إلى أربعة جسيمات دون ذرية أخرى - كاون، بيون، واثنان من الميونات. مع بعض الخيال، يمكن للمرء تصور ترتيب الجسيمات المعنية على أنه يشبه البطريق. بشكل حاسم، قياسات هذا الاضمحلال تسمح لنا بدراسة كيف يمكن لنوع واحد من الجسيمات الأساسية، كوارك الجمال، أن يتحول إلى آخر، الكوارك الغريب.
هذا الاضمحلال البطريقي نادر بشكل لا يصدق في النموذج المعياري: لكل مليون ب ميزون، واحد فقط سيضمحل بهذه الطريقة. لقد حللنا بعناية الزوايا والطاقات التي يتم بها إنتاج هذه الجسيمات في الاضمحلال، وحددنا بدقة عدد مرات حدوث العملية. وجدنا أن قياساتنا لهذه الكميات تتعارض مع تنبؤات النموذج المعياري.
التحقيقات الدقيقة في اضمحلالات مثل هذه هي أحد الأهداف الرئيسية لتجربة LHCb، وكانت كذلك منذ