ジュネーブのCERNにある大型ハドロン衝突型加速器（LHC）での研究から得られた最近の知見は、未発見の物理学の兆候に近づいている可能性を示唆している。もし確認されれば、これらのヒントは50年間素粒子物理学を支配してきた理論である標準模型を覆すことになる。この知見は、LHCにおける特定の亜原子粒子の振る舞いが標準模型と一致しないことを示唆している。
基本粒子は物質の最も基本的な構成要素であり、それ以上分割できない亜原子粒子である。重力、電磁気力、弱い力、強い力という4つの基本力が、これらの粒子の相互作用を支配している。LHCは、フランスとスイスの国境の地下にある全長27kmの円形トンネルに建設された巨大な粒子加速器である。その主な目的は、基本粒子と力に関する最良の理解である標準模型の欠陥を見つけることだが、標準模型は重力や暗黒物質（宇宙の約25%を構成する目に見えない未測定の物質）を説明できない。
LHCでは、反対方向に進む陽子粒子のビームを衝突させ、未発見の物理学の手がかりを探る。新しい結果は、これらの衝突を分析するLHCでの実験であるLHCbから得られた。この結果は、B中間子と呼ばれる亜原子粒子の崩壊（一種の変換）を研究したものだ。我々はこれらのB中間子が他の粒子に崩壊する方法を調査し、その特定の崩壊の仕方が標準模型の予測と一致しないことを発見した。
標準模型は、20世紀の物理学における最も変革的な2つの進歩、すなわち量子力学とアインシュタインの特殊相対性理論に基づいている。物理学者は、LHCなどの施設で行われた測定値を標準模型に基づく予測と比較することで、理論を厳密に検証できる。標準模型が不完全であることを知っているにもかかわらず、50年以上にわたってますます厳しくなる検証にもかかわらず、素粒子物理学者は理論の欠陥をまだ見つけていない。つまり、今までは。
Physical Review Lettersに受理された我々の測定は、標準模型の期待値から4標準偏差の緊張を示している。現実的な言葉で言えば、これは実験結果と理論予測の不確かさを考慮した後、標準模型が正しい場合にこのような極端なデータのランダムな変動が起こる確率はわずか1/16,000であることを意味する。これは科学の黄金基準である5シグマ（約1/170万の確率）には及ばないが、証拠は積み上がり始めている。
この説得力のある物語に加えて、2025年初めに発表された独立したLHC実験であるCMSの結果もある。CMSの結果はLHCbほど正確ではないが、よく一致しており、主張を強化している。我々の新しい結果は、電弱ペンギン崩壊として知られる特定の種類の過程の研究で見つかった。「ペンギン」という用語は、短寿命粒子の特定の種類の崩壊（変換）を指す。この場合、B中間子が他の4つの亜原子粒子（K中間子、パイ中間子、2つのミューオン）に崩壊する様子を研究する。想像力を働かせれば、関与する粒子の配置がペンギンのように見えると視覚化できる。重要なのは、この崩壊の測定により、ある種類の基本粒子であるボトムクォークが別の種類のストレンジクォークに変換される様子を研究できることだ。
このペンギン崩壊は標準模型では非常に稀で、100万個のB中間子のうち1個だけがこのように崩壊する。我々は崩壊で生成される粒子の角度とエネルギーを注意深く分析し、その過程が起こる頻度を正確に決定した。その結果、これらの量の測定値が標準模型の予測と一致しないことがわかった。
このような崩壊の精密な調査はLHCb実験の主要な目標の一つであり、