Hasil Large Hadron Collider kami mengisyaratkan fisika yang belum ditemukan
Our Large Hadron Collider results hint at undiscovered physics
The behaviour of sub-atomic particles in the LHC seems to disagree with the Standard Model.
Perilaku partikel sub-atomik di LHC tampaknya bertentangan dengan Model Standar.
Recent findings from research we have been carrying out at the Large Hadron Collider (LHC) at Cern in Geneva suggest that we might be closing in on signs of undiscovered physics.
Temuan terbaru dari penelitian yang kami lakukan di Large Hadron Collider (LHC) di Cern, Jenewa, menunjukkan bahwa kami mungkin mendekati tanda-tanda fisika yang belum ditemukan.
If confirmed, these hints would overturn the theory, called the Standard Model, that has dominated particle physics for 50 years. The findings suggest the way that specific sub-atomic particles behave in the LHC disagrees with the Standard Model.
Jika dikonfirmasi, petunjuk-petunjuk ini akan menggulingkan teori, yang disebut Model Standar, yang telah mendominasi fisika partikel selama 50 tahun. Temuan ini menunjukkan bahwa cara partikel sub-atomik tertentu berperilaku di LHC tidak sesuai dengan Model Standar.
Fundamental particles are the most basic building blocks of matter – sub-atomic particles that cannot be divided into smaller units. The four fundamental forces – gravity, electromagnetism, the weak force and the strong force – govern how these particles interact.
Partikel fundamental adalah blok bangunan materi yang paling dasar – partikel sub-atomik yang tidak dapat dibagi menjadi unit yang lebih kecil. Empat gaya fundamental – gravitasi, elektromagnetisme, gaya lemah, dan gaya kuat – mengatur bagaimana partikel-partikel ini berinteraksi.
The LHC is a giant particle accelerator built in a 27km-long circular tunnel under the French-Swiss border. Its main purpose is to find cracks in the Standard Model.
LHC adalah akselerator partikel raksasa yang dibangun di terowongan melingkar sepanjang 27 km di bawah perbatasan Prancis-Swiss. Tujuan utamanya adalah menemukan celah dalam Model Standar.
This theory is our best understanding of fundamental particles and forces, but we know it cannot be the whole story. It does not explain gravity or dark matter – the invisible, so far unmeasured type of matter that makes up approximately 25% of the universe.
Teori ini adalah pemahaman terbaik kami tentang partikel dan gaya fundamental, tetapi kami tahu bahwa teori ini tidak bisa menjadi keseluruhan cerita. Teori ini tidak menjelaskan gravitasi atau materi gelap – jenis materi tak terlihat yang belum terukur hingga saat ini yang membentuk sekitar 25% alam semesta.
In the LHC, beams of proton particles travelling in opposite directions are made to collide, in a bid to uncover hints of undiscovered physics. The new results come from LHCb, an experiment at the Large Hadron Collider where these collisions are analysed.
Di LHC, berkas partikel proton yang bergerak ke arah berlawanan dibuat untuk bertabrakan, dalam upaya mengungkap petunjuk fisika yang belum ditemukan. Hasil baru ini berasal dari LHCb, sebuah eksperimen di Large Hadron Collider di mana tabrakan-tabrakan ini dianalisis.
The result comes from studying the decay – a kind of transformation – of sub-atomic particles called B mesons. We investigated how these B mesons decay into other particles, finding that the particular way in which this happens disagrees with the predictions of the Standard Model.
Hasilnya berasal dari studi peluruhan – sejenis transformasi – partikel sub-atomik yang disebut meson B. Kami menyelidiki bagaimana meson B ini meluruh menjadi partikel lain, menemukan bahwa cara spesifik terjadinya hal ini tidak sesuai dengan prediksi Model Standar.
An elegant theory
Teori yang elegan
The Standard Model is built on two of the 20th century’s most transformative advances in physics; quantum mechanics and Einstein’s special relativity.
Model Standar dibangun di atas dua kemajuan paling transformatif dalam fisika abad ke-20; mekanika kuantum dan relativitas khusus Einstein.
Physicists can compare measurements made at facilities such as the LHC with predictions based on the Standard Model to rigorously test the theory.
Fisikawan dapat membandingkan pengukuran yang dilakukan di fasilitas seperti LHC dengan prediksi berdasarkan Model Standar untuk menguji teori secara ketat.
Despite the fact that we know the Standard Model is incomplete, in over 50 years of increasingly rigorous testing, particle physicists are yet to find a crack in the theory. That is, potentially, until now.
Meskipun kami tahu Model Standar tidak lengkap, selama lebih dari 50 tahun pengujian yang semakin ketat, fisikawan partikel belum menemukan celah dalam teori tersebut. Artinya, berpotensi, hingga saat ini.
Our measurement, accepted for publication in Physical Review Letters, shows a tension of four standard deviations from the expectations of the Standard Model.
Pengukuran kami, yang diterima untuk publikasi di Physical Review Letters, menunjukkan ketegangan empat standar deviasi dari ekspektasi Model Standar.
In real world terms, this means that, after considering the uncertainties from the experimental results and from the theory predictions, there is only a one in 16,000 chance that a random fluctuation in the data this extreme would occur if the Standard Model is correct.
Dalam istilah dunia nyata, ini berarti bahwa, setelah mempertimbangkan ketidakpastian dari hasil eksperimen dan dari prediksi teori, hanya ada peluang satu dari 16.000 bahwa fluktuasi acak dalam data yang ekstrem ini akan terjadi jika Model Standar benar.
Although this falls short of science’s gold standard – what’s known as five sigma, or five standard deviations (about a one in 1.7 million chance) – the evidence is starting to mount. Adding to this compelling narrative are results from an independent LHC experiment, CMS, that were published earlier in 2025.
Meskipun ini masih kurang dari standar emas sains – yang dikenal sebagai lima sigma, atau lima standar deviasi (sekitar peluang satu dari 1,7 juta) – bukti mulai menumpuk. Menambah narasi yang menarik ini adalah hasil dari eksperimen LHC independen, CMS, yang diterbitkan sebelumnya pada tahun 2025.
Although the CMS results are not as precise as those from LHCb, they agree well, strengthening the case. Our new results have been found in a study of a particular kind of process, known as an electroweak penguin decay.
Meskipun hasil CMS tidak seakurat hasil dari LHCb, keduanya sangat sesuai, memperkuat kasus ini. Hasil baru kami ditemukan dalam studi tentang jenis proses tertentu, yang dikenal sebagai peluruhan penguin elektrolemah.
Rare events
Peristiwa Langka
The term “penguin” refers to a specific type of decay (transformation) of short-lived particles. In this case we study how the B meson decays into four other subatomic particles – a kaon, a pion and two muons.
Istilah “penguin” mengacu pada jenis peluruhan (transformasi) spesifik dari partikel berumur pendek. Dalam kasus ini, kami mempelajari bagaimana meson B meluruh menjadi empat partikel subatomik lainnya – kaon, pion, dan dua muon.
With some imagination, one can visualise the arrangement of the particles involved as looking like a penguin. Crucially, measurements of this decay let us study how one type of fundamental particle, a beauty quark, can transform into another, the strange quark.
Dengan sedikit imajinasi, seseorang dapat memvisualisasikan susunan partikel yang terlibat menyerupai seekor penguin. Yang terpenting, pengukuran peluruhan ini memungkinkan kita mempelajari bagaimana satu jenis partikel fundamental, kuark keindahan (beauty quark), dapat bertransformasi menjadi jenis lain, yaitu kuark aneh (strange quark).
This penguin decay is incredibly rare in the Standard Model: for every million B mesons, only one will decay in this manner. We have carefully analysed the angles and energies at which these particles are produced in the decay, and precisely determined how often the process takes place. We found that our measurements of these quantities disagree with Standard Model predictions.
Peluruhan penguin ini sangat langka dalam Model Standar: dari setiap satu juta meson B, hanya satu yang akan meluruh dengan cara ini. Kami telah menganalisis sudut dan energi di mana partikel-partikel ini diproduksi dalam peluruhan, dan menentukan secara tepat seberapa sering proses ini terjadi. Kami menemukan bahwa pengukuran kami terhadap kuantitas-kuantitas ini tidak sesuai dengan prediksi Model Standar.
Precise investigations of decays like this are one of the primary goals of the LHCb experiment, and have been since its inception in 1994. Penguin processes are uniquely sensitive to the effects of potentially very heavy new particles that cannot be created directly at the LHC.
Investigasi tepat terhadap peluruhan seperti ini adalah salah satu tujuan utama eksperimen LHCb, dan telah dilakukan sejak didirikan pada tahun 1994. Proses penguin sangat sensitif terhadap efek partikel baru yang berpotensi sangat berat yang tidak dapat diciptakan secara langsung di LHC.
Such particles may still exert a measurable influence on these decays over the small Standard Model contribution. This kind of indirect observation is not new. For example, radioactivity was discovered 80 years before the fundamental particles that are responsible for it (the W bosons) were directly seen.
Partikel-partikel semacam itu mungkin masih dapat memberikan pengaruh terukur pada peluruhan ini di atas kontribusi Model Standar yang kecil. Jenis pengamatan tidak langsung ini bukanlah hal baru. Misalnya, radioaktivitas ditemukan 80 tahun sebelum partikel fundamental yang bertanggung jawab atasnya (boson W) terlihat secara langsung.
Future directions
Arah Masa Depan
Our studies of rare processes let us explore parts of nature that may otherwise only become accessible using particle colliders planned for the 2070s. There are a wide range of potential new theories that can explain our findings. Many contain new particles called “leptoquarks” that unite the two different types of matter: “leptons” and “quarks”.
Studi kami tentang proses langka memungkinkan kami menjelajahi bagian alam yang jika tidak, hanya dapat diakses menggunakan kolider partikel yang direncanakan untuk tahun 2070-an. Ada berbagai macam teori baru potensial yang dapat menjelaskan temuan kami. Banyak di antaranya mengandung partikel baru yang disebut “leptoquark” yang menyatukan dua jenis materi yang berbeda: “lepton” dan “kuark”.
Other potential theories contain particles that are heavier analogues of those already found in the Standard Model. The new results constrain the form of these models and will direct future searches for them.
Teori potensial lainnya mengandung partikel yang merupakan analog yang lebih berat dari yang sudah ditemukan dalam Model Standar. Hasil baru ini membatasi bentuk model-model ini dan akan mengarahkan pencarian masa depan untuk mereka.
Despite our excitement, open theoretical questions remain that prevent us from definitively claiming that physics beyond the Standard Model has been observed. The most serious question arises from so-called “charming penguins”, a set of processes present in the Standard Model, whose contributions are extremely tricky to predict. Recent estimates of these charming penguins suggest their effects are not large enough to explain our data.
Meskipun kami antusias, pertanyaan teoretis terbuka tetap ada yang menghalangi kami untuk secara definitif mengklaim bahwa fisika di luar Model Standar telah diamati. Pertanyaan paling serius berasal dari yang disebut “charming penguins”, serangkaian proses yang ada dalam Model Standar, yang kontribusinya sangat sulit diprediksi. Perkiraan terbaru tentang charming penguins ini menunjukkan bahwa efeknya tidak cukup besar untuk menjelaskan data kami.
Furthermore, a combination of a theory model and experimental data from LHCb suggests that the charming penguins (and therefore, the Standard Model) struggle to explain the anomalous results.
Selain itu, kombinasi model teori dan data eksperimental dari LHCb menunjukkan bahwa charming penguins (dan oleh karena itu, Model Standar) kesulitan menjelaskan hasil yang anomali.
New data already collected will let us confirm the situation in the coming years: in our current work we studied approximately 650 billion B meson decays recorded between 2011 and 2018 to find these penguin decays. Since then, the LHCb experiment has recorded three times as many B mesons.
Data baru yang sudah dikumpulkan akan memungkinkan kami mengkonfirmasi situasi ini dalam beberapa tahun mendatang: dalam pekerjaan kami saat ini kami mempelajari sekitar 650 miliar peluruhan meson B yang direkam antara tahun 2011 dan 2018 untuk menemukan peluruhan penguin ini. Sejak saat itu, eksperimen LHCb telah merekam tiga kali lebih banyak meson B.
Further advances are planned for the 2030s to exploit future upgrades to the LHC and accrue a dataset 15 times larger again. This ultimate step will allow definitive claims to be made, potentially unlocking a new understanding of how the universe works at the most elementary level.
Kemajuan lebih lanjut direncanakan untuk tahun 2030-an untuk memanfaatkan peningkatan masa depan pada LHC dan mengumpulkan kumpulan data yang 15 kali lebih besar lagi. Langkah pamungkas ini akan memungkinkan klaim definitif dibuat, berpotensi membuka pemahaman baru tentang cara kerja alam semesta pada tingkat paling elementer.
William Barter works for the University of Edinburgh. He receives funding from UKRI. He is a member of the LHCb collaboration at Cern.
William Barter bekerja untuk University of Edinburgh. Dia menerima pendanaan dari UKRI. Dia adalah anggota kolaborasi LHCb di Cern.
Mark Smith does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
Mark Smith tidak bekerja untuk, berkonsultasi, memiliki saham di, atau menerima pendanaan dari perusahaan atau organisasi apa pun yang akan mendapat manfaat dari artikel ini, dan tidak mengungkapkan afiliasi relevan selain penunjukan akademiknya.
Read more
-
Pasukan militer Iran menggabungkan drone canggih dan peretas dengan senjata konvensional yang usang
Iran’s military forces combine state-of-the-art drones and hackers with out-of-date conventional weapons
-
Nicole Kidman sedang berlatih menjadi ‘death doula’. Apa itu death doula?
Nicole Kidman is training to be a ‘death doula’. What is a death doula?