大きなハドロン コライダーは何年もの間、陽子を衝突させ続けてきた。しかし最近、陽子の衝突により、ありそうもない結果がもたらされました。これは、原子の何倍も小さい現実のスケール、いわゆる「ゼプトバース」を探求するための第一歩です。これはこれまでに探求された物理世界の最小スケールであり、物理学がどのように機能するかについての私たちの予想を裏切る可能性があります。
CERN の科学者たちは、ほぼ光の速度で陽子を衝突させながら、最もありそうもない物質の崩壊の証拠を発見しました。これは物理学者が 40 年以上にわたって観察を望んできた現象ではありそうもないことです。この衝突では、中性B中間子として知られる粒子を含む多数の粒子が生成され、科学者らは、そのうちの1つがミュー粒子と反ミュー粒子に崩壊したことを示す信号を発見した。
中間子は常に崩壊します。これらの小さな粒子は原子よりも小さく、他の粒子間の衝突によって生じ、他の粒子に変化する前にほんの短時間しか存在しません。一方、ミューオンは原子に含まれる電子に似ていますが、約 200 倍重いです。科学者はこれらの粒子とその崩壊を研究して、現在の物理学の予測をテストし、未知の粒子への手がかりを探します。
素粒子物理学の聖書のような標準モデルでは、中性 B 中間子の 100 億回の崩壊ごとに、この変換が 1 回起こると予測しています。言い換えれば、科学者がこれらの粒子の崩壊を 100 億個観察したとしても、平均して 1 つのミュー粒子と反ミュー粒子しか発見されないと期待するでしょう。この発見は、実験によってこの現象の証拠が得られた初めてのことであり、研究者らはその詳細を arXiv のプレプリントで公開している。
「物理学者たちはこの崩壊を40年以上追跡してきた」と国際分析チームの共同リーダーであるマルコ・サンティマリア氏はCERNのプレスリリースで述べた。 「圧倒的なバックグラウンドからミュオンを選択するには、非常に高い精度が必要です。」
このプロセスの異常な稀少性は、この発見に到達するまでに何十年もの研究が必要だった理由を説明しています。しかし、2024 年の大型ハドロン衝突型加速器のアップグレードにより、この現象の観測も可能になりました。 CERNが声明文で説明したように、改良によりデータ収集の高速化が可能となり、新しい機械学習技術により、研究者らは「さもなければこれらの稀な美容粒子崩壊からの信号を圧倒していたであろうプロセスの膨大な背景を抑制する」ことができた。
この崩壊は、科学者が観察できるものの限界を調査するための新しい道を開きます。今のところ、結果は現在の物理学の予測と一致していますが、将来の測定では、距離をゼプトメーター（1000兆分の1メートルに相当）で測定するスケールを表すゼプトバースに特有の現象が明らかになる可能性があります。この単位を大局的に考えると、典型的な原子の直径は約 100,000 百万ゼプトメートルです。それは、あなたと皮膚細胞のサイズの違いにも相当します。
ゼプトバースの向こうには、約 60 メートルのプランク長など、さらに小さなスケールが存在します。 兆 ゼプトメーターよりも 1 倍小さく、物理学で理論的に可能な最小単位です。科学者たちはそのレベルに本当に何かが存在するかどうかまだわかっていませんが、私たちが知っている物理学はそのスケールでは完全に破綻すると一般に信じられています。しかし、科学者がこのミクロの世界にアクセスできれば、宇宙全体がこれほどの大きさだったビッグバン後の最初の 1 秒間の極小部分を理解するのに役立つ可能性があります。
しかし今のところ、そこで何が起こるかは推測の域を出ない。
この物語はもともと スペイン語でWIRED スペイン語から翻訳されています。
