โลกของเล็ก ๆ ควอนตัมจะมีรสชาติที่ชื่นชอบ
แน่นอนว่าเราไม่ได้พูดถึงกรวยไอศครีมที่มีรสขมเล็กน้อย โลกของอนุภาคถูกแบ่งออกเป็นสามค่ายเรียกว่า "รสชาติ" (อย่าถามว่าทำไม) ยกตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอนแสดงถึงหนึ่งรสชาติและมีอีกสองอนุภาคที่มีคุณสมบัติเกือบเหมือนกันคือ muon และ tau ที่มีรสชาติของตัวเอง เราสงสัยมานานแล้ว แต่ไม่ได้พิสูจน์ว่าทั้งสามรสชาติควรอยู่ในระดับที่เท่าเทียมกัน
แต่อนิจจาหลายปีของการทดลอง collider ได้เริ่มชี้ให้เห็นว่าบางทีทุกอย่างอาจไม่เท่ากัน
ผลของการทดลองเหล่านี้ยังคงไม่แน่นอนและไม่สำคัญพอที่จะเรียกร้องให้ค้นพบรอยร้าวในพระคัมภีร์ของฟิสิกส์อนุภาคที่เรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน อย่างไรก็ตามหากผลลัพธ์ยังคงอยู่นั่นอาจเปิดประตูสู่การทำความเข้าใจทุกอย่างตั้งแต่สสารมืดไปจนถึงต้นกำเนิดของจักรวาล คุณจะรู้ว่าปัญหาที่สำคัญที่ยังไม่แก้ในฟิสิกส์สมัยใหม่
รสชาติมาตรฐาน
แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคนั้นมีประสิทธิภาพสูงสุดผ่านการทดสอบจากการทดลองทั่วโลกในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ทฤษฎีนี้รวมความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกองกำลังพื้นฐานสามในสี่ของจักรวาล - แม่เหล็กไฟฟ้า, นิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ - ภายใต้แบนเนอร์ควอนตัมเดียว ทั้งหมดบอกว่ามันเป็นทฤษฎีที่ผ่านการทดสอบมาอย่างดีที่สุดในทุกสาขาวิทยาศาสตร์ซึ่งสามารถอธิบายการปฏิสัมพันธ์ขั้นพื้นฐานได้อย่างมากมาย
พูดอีกอย่างก็คือคุณจะไม่ยุ่งกับ Standard Model
และถึงกระนั้นเราก็รู้ว่าภาพของโลกแห่ง subatomic นี้ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์ เพียงเพื่อบอกชื่อตัวอย่างสองสามอย่างมันไม่ได้อธิบายนิวตริโนมวลชนหรือให้เบาะแสเกี่ยวกับสสารมืด นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่จำนวนมากเชื่อว่ามีอีกทฤษฎีหนึ่งที่ไม่เป็นที่รู้จักซึ่งครอบคลุมทุกอย่างที่แบบจำลองมาตรฐานสามารถอธิบายได้และสิ่งที่มันไม่สามารถทำได้
สิ่งที่คนเกียจคร้านคือเราไม่รู้ว่าทฤษฎีนั้นมีลักษณะอย่างไรหรือคาดการณ์อย่างไร ดังนั้นไม่เพียง แต่เราไม่ทราบคำตอบทั้งหมดเกี่ยวกับชีวิตจักรวาลและทุกสิ่งในระหว่างนั้นเรายังไม่รู้วิธีรับคำตอบเหล่านั้น
เพื่อค้นหาคำแนะนำของ "ทฤษฎีที่ดีกว่า" นักวิจัยกำลังตามล่าหาข้อบกพร่องหรือการทำนายที่ผิดพลาดของแบบจำลองมาตรฐาน - รอยแตกในทฤษฎีนั้นอาจเปิดประตูให้บางสิ่งที่ใหญ่กว่า
หนึ่งในการคาดการณ์จำนวนมากของแบบจำลองมาตรฐานเกี่ยวข้องกับธรรมชาติของเลปตันซึ่งเป็นอนุภาคเดี่ยว ๆ เช่นอิเล็กตรอนหรือควาร์ก leptons ถูกจัดกลุ่มเป็นสามคลาสเรียกว่า ชั่วอายุคน หรือ รสชาติ ขึ้นอยู่กับนักฟิสิกส์คนไหนที่คุณถาม อนุภาคที่มีรสชาติต่างกันจะใช้คุณสมบัติเดียวกันทั้งหมดยกเว้นมีมวลแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอน, มิวออนและอนุภาคเอกภาพล้วนมีประจุไฟฟ้าและสปินเท่ากัน แต่มิวออนนั้นมีน้ำหนักมากกว่าอิเล็กตรอนและเอกภาพยิ่งกว่า - พวกมันมีรสชาติที่แตกต่างกัน
ตามแบบจำลองมาตรฐานทั้งสามรสชาติของอิเล็กตรอนควรมีพฤติกรรมเหมือนกันทุกประการ การโต้ตอบขั้นพื้นฐานควรสร้างสิ่งเหล่านี้ด้วยความน่าจะเป็นที่เท่ากัน ธรรมชาติไม่สามารถบอกความแตกต่างระหว่างพวกเขาดังนั้นมันจึงไม่ชอบรสชาติหนึ่งมากกว่าอีกอย่างหนึ่ง
เมื่อพูดถึงสามรสชาติธรรมชาติใช้แนวทางของเนเปิลส์: ทั้งหมดนั้น
ผลลัพธ์ที่สวยงาม
นั่นเป็นทฤษฎีทั้งหมดและควรทดสอบ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาการทดลองต่าง ๆ เช่นการทดลองใน Large Hadron Collider ที่ CERN และโรงงาน BaBar ซึ่งอนุภาคพื้นฐานถูกชนเข้าด้วยกันในการชนขนาดใหญ่ อนุภาคที่เกิดจากการชนเหล่านั้นสามารถให้เบาะแสว่าธรรมชาติทำงานอย่างไรในระดับที่ลึกที่สุด และการชนเหล่านี้บางส่วนได้รับการออกแบบมาเพื่อดูว่าธรรมชาติชอบ lepton รสชาติหนึ่งเหนือผู้อื่นหรือไม่
โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคชนิดหนึ่งที่เรียกว่าควาร์กล่างสนุกกับการสลายตัวในเลปตัน บางครั้งมันก็กลายเป็นอิเล็กตรอน บางครั้งมิวออน บางครั้งก็เป็นเอกภาพ แต่ไม่ว่าอะไรก็ตามทั้งสามรสชาติมีโอกาสที่เท่าเทียมกันที่จะโผล่ออกมาจากซากปรักหักพัง
นักฟิสิกส์สามารถรวบรวมการสลายตัวของควาร์กล่างได้หลายร้อยล้านและเริ่มเมื่อไม่กี่ปีก่อนมีบางสิ่งที่แปลกประหลาดปรากฏในข้อมูล: ธรรมชาติดูเหมือนจะชอบอนุภาคเอกภาพในการโต้ตอบเหล่านี้มากกว่าเลปตันอื่น ๆ มันมีนัยสำคัญทางสถิติแทบจะไม่ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะโบกมือให้ผลลัพธ์เหล่านี้เป็นเพียงความบังเอิญทางสถิติ; บางทีเราอาจไม่ได้มีการชนกันมากพอสำหรับทุกอย่างที่จะทำได้
แต่เมื่อหลายปีที่ผ่านมาผลการวิจัยได้หยุดชะงักลงในฐานะนักฟิสิกส์ Antonio Pich จากมหาวิทยาลัยวาเลนเซียในสเปนชี้ให้เห็นในการทบทวนงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในฐานข้อมูลของอาร์พริฟในเดือนพฤศจิกายน ธรรมชาติดูดื้อรั้นเมื่อพูดถึงการเล่นพรรคเล่นพวกของอนุภาคเอกภาพ ผลลัพธ์ยังไม่ได้ข้อสรุป แต่การคงอยู่ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาและจากการทดลองที่แตกต่างกันได้ทำขึ้นสำหรับเครื่องขูดหัวจริง
รุ่นที่ไม่ได้มาตรฐาน
ในโมเดลมาตรฐานรสชาติของเลปตันที่แตกต่างกันจะได้รับ…เอร็ดอร่อย…ผ่านการโต้ตอบของพวกเขากับฮิกส์โบซอน: ยิ่งรสชาติมีปฏิสัมพันธ์กับฮิกส์มากเท่าไหร่ แต่มิฉะนั้นธรรมชาติไม่ได้แยกความแตกต่างระหว่างพวกเขาดังนั้นการคาดการณ์ว่ารสชาติทั้งหมดควรปรากฏอย่างเท่าเทียมกันในทุกปฏิกิริยา
แต่ถ้าสิ่งเหล่านี้เรียกว่า "ความผิดปกติของรสชาติ" เป็นคุณสมบัติที่แท้จริงของจักรวาลของเราและไม่ใช่แค่ข้อผิดพลาดบางอย่างในการเก็บรวบรวมข้อมูลเราต้องการวิธีที่จะอธิบายว่าทำไมธรรมชาติควรใส่ใจเกี่ยวกับอนุภาคเอกภาพมากกว่าอิเล็กตรอนหรือมิวออน ความเป็นไปได้ทางหนึ่งคืออาจมีฮิกก์โบซอนมากกว่าหนึ่งชนิดที่บินไปรอบ ๆ - หนึ่งอันเพื่อให้มวลของอิเล็กตรอนและมิวออนและอีกประเภทหนึ่งที่ชื่นชอบเอกภาพมากขึ้นโดยเฉพาะ
ความเป็นไปได้อีกอย่างก็คือมีอนุภาคพิเศษที่พูดคุยกับเอกภาพซึ่งเป็นอนุภาคที่เรายังไม่เคยเห็นในการทดลอง หรืออาจจะมีความสมมาตรพื้นฐานของธรรมชาติที่เปิดเผยตัวเองผ่านปฏิกิริยากระซิบของ lepton - กล่าวอีกนัยหนึ่งพลังแห่งธรรมชาติใหม่ที่ปรากฏในปฏิสัมพันธ์ที่คลุมเครือและหายากเหล่านี้เท่านั้น
จนกว่าเราจะทำหลักฐาน (ตอนนี้ความสำคัญทางสถิติของความแตกต่างนี้อยู่ที่ประมาณ 3-sigma ซึ่งแสดงถึงโอกาส 99.3% ที่ผลลัพธ์นี้เป็นเพียงความบังเอิญในขณะที่ "มาตรฐานทองคำ" สำหรับฟิสิกส์อนุภาคคือ 5-sigma หรือ 99.97%) เราไม่ทราบแน่ชัด แต่ถ้าหลักฐานแน่นขึ้นเราอาจใช้ความเข้าใจใหม่นี้เพื่อค้นหาฟิสิกส์ใหม่นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐานเปิดโอกาสในการอธิบายการอธิบายที่ไม่สามารถอธิบายได้ในปัจจุบันเช่นฟิสิกส์ของจักรวาลยุคแรก ๆ หรืออะไรก็ตามที่เกิดขึ้น กับสสารมืด
