Cenevre'deki CERN'de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) yapılan son araştırmalar, keşfedilmemiş fizik belirtilerine yaklaşıyor olabileceğimizi gösteriyor. Doğrulanması halinde bu ipuçları, 50 yıldır parçacık fiziğine hakim olan Standart Model'i altüst edecek. Bulgular, belirli atom altı parçacıkların LHC'deki davranış biçiminin Standart Model'le uyuşmadığını gösteriyor.

Temel parçacıklar maddenin en temel yapı taşlarıdır - daha küçük birimlere bölünemeyen atom altı parçacıklar. Dört temel kuvvet - yerçekimi, elektromanyetizma, zayıf kuvvet ve güçlü kuvvet - bu parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini yönetir. LHC, Fransa-İsviçre sınırının altında 27 km uzunluğunda dairesel bir tünelde inşa edilmiş dev bir parçacık hızlandırıcısıdır. Temel amacı, temel parçacıklar ve kuvvetler hakkındaki en iyi anlayışımız olan ancak yerçekimini veya karanlık maddeyi - evrenin yaklaşık %25'ini oluşturan görünmez, ölçülemeyen madde türü - açıklamayan Standart Model'de çatlaklar bulmaktır.

LHC'de, zıt yönlerde hareket eden proton parçacık demetleri, keşfedilmemiş fizik ipuçlarını ortaya çıkarmak amacıyla çarpıştırılır. Yeni sonuçlar, bu çarpışmaların analiz edildiği LHCb deneyinden geliyor. Sonuç, B mezonları adı verilen atom altı parçacıkların bozunması - bir tür dönüşüm - incelenerek elde edildi. Bu B mezonlarının diğer parçacıklara nasıl bozunduğunu araştırdık ve bunun gerçekleşme biçiminin Standart Model'in tahminleriyle uyuşmadığını bulduk.

Standart Model, 20. yüzyılın fizikteki en dönüştürücü iki ilerlemesi üzerine inşa edilmiştir: kuantum mekaniği ve Einstein'ın özel göreliliği. Fizikçiler, LHC gibi tesislerde yapılan ölçümleri Standart Model'e dayalı tahminlerle karşılaştırarak teoriyi titizlikle test edebilirler. Standart Model'in eksik olduğunu bilmemize rağmen, 50 yılı aşkın giderek daha titiz testlerde parçacık fizikçileri henüz teoride bir çatlak bulamadılar - ta ki şimdiye kadar.

Physical Review Letters'da yayımlanmak üzere kabul edilen ölçümümüz, Standart Model'in beklentilerinden dört standart sapma düzeyinde bir gerilim gösteriyor. Gerçek dünya terimleriyle bu, deneysel sonuçlardaki ve teori tahminlerindeki belirsizlikler dikkate alındığında, Standart Model doğruysa verilerde bu kadar aşırı bir rastgele dalgalanmanın meydana gelme olasılığının yalnızca 16.000'de bir olduğu anlamına geliyor. Bu, bilimin altın standardı olan beş sigma veya beş standart sapmanın (yaklaşık 1,7 milyonda bir olasılık) gerisinde kalsa da, kanıtlar birikmeye başlıyor.

Bu ilgi çekici anlatıya, 2025'in başlarında yayımlanan bağımsız bir LHC deneyi olan CMS'den elde edilen sonuçlar da ekleniyor. CMS sonuçları LHCb'dekiler kadar kesin olmasa da, onlarla iyi uyum sağlıyor ve durumu güçlendiriyor. Yeni sonuçlarımız, elektrozayıf penguen bozunması olarak bilinen belirli bir sürecin incelenmesinde bulundu. "Penguen" terimi, kısa ömürlü parçacıkların belirli bir bozunma (dönüşüm) türünü ifade eder. Bu durumda, B mezonunun diğer dört atom altı parçacığa - bir kaon, bir pion ve iki müon - nasıl bozunduğunu inceliyoruz. Biraz hayal gücüyle, ilgili parçacıkların düzenlenişi bir penguen gibi görülebilir. Kritik olarak, bu bozunmanın ölçümleri, bir tür temel parçacık olan güzellik kuarkının başka bir türe, garip kuarka nasıl dönüşebileceğini incelememize olanak tanır.

Bu penguen bozunması Standart Model'de inanılmaz derecede nadirdir: her milyon B mezonundan yalnızca biri bu şekilde bozunur. Bozunmada üretilen parçacıkların açılarını ve enerjilerini dikkatlice analiz ettik ve sürecin ne sıklıkta gerçekleştiğini kesin olarak belirledik. Bu miktarlara ilişkin ölçümlerimizin Standart Model tahminleriyle uyuşmadığını bulduk.

Bunun gibi bozunmaların hassas incelenmesi, LHCb deneyinin temel hedeflerinden biridir ve 2010 yılında çalışmaya başlamasından bu yana böyle olmuştur.