Detta odaterade foto tillhandahållet av Fermi National Accelerator Laboratory i april 2022 visar anläggningens kolliderdetektor utanför Batavia, Illinois. I resultat som släpptes torsdagen den 7 april 2022 beräknade forskare vid labbet att W-bosonen, en grundläggande partikel i fysiken, väger lite mer än vad deras teoretiska regelbok för universum säger att den borde. Kredit:Fermilab via AP
Den stora förklaringen fysiker använder för att beskriva hur universum fungerar kan ha några stora nya brister att korrigera efter att en fundamental partikel visade sig ha mer massa än forskarna trodde.
"Det är inte bara något som är fel", säger Dave Toback, en partikelfysiker vid Texas A&M University och en talesperson för den amerikanska regeringens Fermi National Accelerator Lab, som genomförde experimenten. Om det replikeras av andra laboratorier, "betyder det bokstavligen att något grundläggande i vår förståelse av naturen är fel."
Fysikerna på labbet slog ihop partiklar under tio år och mätte massan på 4 miljoner W bosoner. Dessa subatomära partiklar är ansvariga för en fundamental kraft i atomernas centrum, och de existerar bara i en bråkdel av en sekund innan de sönderfaller till andra partiklar.
"De dyker ständigt in och ut ur existensen i universums kvantskum", sa Toback.
Skillnaden i massa från vad den rådande teorin om universum förutspår är för stor för att vara ett avrundningsfel eller något som lätt kan bortförklaras, enligt studien av ett team av 400 forskare från hela världen som publicerades i torsdags i tidskriften Science .
Resultatet är så extraordinärt att det måste bekräftas av ett annat experiment, säger forskare. Om det bekräftas skulle det utgöra ett av de största problemen hittills med forskarnas detaljerade regelbok för kosmos, kallad standardmodellen.
Duke University fysiker Ashutosh V. Kotwal, projektledare för analys, sa att det är som att upptäcka att det finns ett dolt rum i ditt hus.
Forskare spekulerade att det kan finnas en oupptäckt partikel som interagerar med W-bosonen som kan förklara skillnaden. Kanske kan mörk materia, en annan dåligt förstådd del av universum, spela en roll. Eller så kanske det bara är ny fysik inblandad som de helt enkelt inte förstår just nu, sa forskare.
Standardmodellen säger att en W-boson ska mäta 80 357 000 000 elektronvolt, plus eller minus sex miljoner.
"Vi hittade det lite mer än så. Inte så mycket, men det räcker", säger Giorgio Chiarelli, en annan forskare för Fermi-teamet och forskningschef för det italienska nationella institutet för kärnfysik. Fermi-teamets skala satte W-bosonen till en kraftigare 80 433 000 000 elektronvolt, plus eller minus nio.
Det verkar inte som någon stor skillnad, men det är en enorm skillnad i den subatomära världen.
Men både teamet och experter som inte är involverade i forskningen sa att ett så stort påstående kräver extra bevis från ett andra team, vilket de inte har ännu.
"It's an incredibly delicate measurement, it requires understanding of various calibrations of various little effects," said Claudio Campagnari, a particle physicist at the University of California Santa Barbara, who wasn't part of the Fermi team. "These guys are really good. And I take them very seriously. But I think at the end of the day what we need is a confirmation by another experiment."
Earlier, less precise measurements of the W boson by other teams found it to be lighter than predicted, so "maybe there is just something wonky about this experiment," said Caltech physicist Sean M. Carroll, who wasn't part of the research and said it is "absolutely worth taking very seriously."
The finding is important because of its potential effect on the standard model of physics.
"Nature has facts," Duke's Kotwal said. "The model is the way we understand those facts."
Scientists have long known the standard model isn't perfect. It doesn't explain dark matter or gravity well. If scientists have to go in and tinker with it to explain these findings they have to make sure it doesn't throw out of whack mathematical equations that now explain and predict other particles and forces well, researchers said.
It is a recurring problem with the model. A year ago a different team found another problem with the standard model and how muons react.
"Quantum mechanics is really beautiful and weird," Toback said. "Anyone who has not been deeply troubled by quantum mechanics has not understood it." + Utforska vidare
© 2022 The Associated Press. Alla rättigheter förbehållna. This material may not be published, broadcast, rewritten or redistributed without permission.
