ヒッグス粒子が2012年に初めて観測されたとき、大きな興奮が広がった。その発見は、翌年のノーベル物理学賞につながった。この粒子によって、いわゆる標準模型が完成した。これは、粒子のレベルで自然を理解するための、現時点で最も優れた理論だ。
現在、CERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の科学者たちは、別の粒子を観測した可能性があると考えている。データの特定のエネルギーにピークとして検出されたが、この発見はまだ確認されていない。粒子物理学者の間には再び大きな興奮が広がっているものの、今回は不安も入り交じっている。物理的現実への理解を裏付けたヒッグス粒子とは異なり、この新粒子はその理解を脅かしているように見える。
新たな結果は、データに現れた謎の盛り上がり、つまりエネルギーの単位である28 GeVのピークで構成され、プレプリントとして公開された。査読付き学術誌にはまだ掲載されていないが、それは大きな問題ではない。LHCの共同研究グループには非常に厳格な内部審査手続きがあり、著者らが「標準偏差4.2の有意度」と報告する際、計算を正しく行ったと信頼できる。これは、実在する粒子ではなくデータのランダムなノイズによって、偶然これほど大きなピークが生じる確率がわずか0.0013％だという意味だ。きわめて低く、100万分の13である。つまり、ランダムなノイズではなく実際の事象であるように思えるが、まだ誰もシャンパンを開けてはいない。
データが示すもの
陽子（原子核を構成する粒子）のビーム同士を衝突させるLHCの実験の多くは、光子（光の粒子）や電子など、既知の粒子が異常に多く集まる様子を調べ、新しく珍しい粒子の証拠を探す。ヒッグス粒子のような重く「見えない」粒子は不安定なことが多く、検出しやすい軽い粒子へと崩壊する傾向があるためだ。そのため、実験データからこうした粒子を探し、より重い粒子の崩壊によって生じたものかどうかを判断できる。LHCはこの手法で数多くの新粒子を発見しており、それらはいずれも標準模型に当てはまっていた。
今回の発見は、CMS検出器を使った実験によるものだ。この検出器は、ミューオンのペアをいくつも記録した。ミューオンは、よく知られていて識別しやすい粒子であり、電子に似ているが、より重い。研究チームはそれらのエネルギーと進行方向を分析し、「このペアが単一の親粒子の崩壊から生じたとすれば、その親粒子の質量はいくらか」と問いかけた。
ほとんどの場合、ミューオンのペアは別々の起源を持つ。つまり、1つの粒子の崩壊ではなく、異なる2つの事象から生じる。そのような場合に親粒子の質量を計算すると、データ上で28 GeV（または別のエネルギー）に鋭いピークが生じるのではなく、幅広いエネルギー範囲に分散するはずだ。しかし今回は、確かにピークがあるように見える。おそらく。図を見て、ご自身で判断してほしい。
これは本物のピークなのか。それとも、背景（破線）を中心に点がランダムに散らばったことによる統計的な揺らぎにすぎないのか。もし本物なら、ミューオンを放出して崩壊した大きな親粒子から、実際にいくつかのミューオン対が生じたことになる。このような28 GeVの粒子は、これまで一度も観測されていない。
実に興味深い状況だが、歴史は慎重さを教えている。これほど有意な効果が過去にも現れたが、データがさらに集まると消えてしまった。ディガンマ（750）異常は、最近の一例であり、機器の不具合、過度に熱心な分析、あるいは単なる不運が原因の、誤報や偽の「発見」が長く続いてきた。
これは部分的には、「ルック・エルスウェア効果」と呼ばれるものによる。28 GeVという値に絞って調べた場合、ランダムなノイズがピークを生じさせる確率は100万分の13かもしれない。しかし、同じノイズがプロット上の別の場所、たとえば29 GeVや16 GeVにピークを生じさせることもある。それぞれを個別に考えれば、偶然による確率も非常に低いが、こうした小さな確率を合計すると、そこまで小さくはない（それでもかなり低い）。つまり、ランダムなノイズによってピークが生じる可能性は否定できない。
不可解な点もいくつかある。たとえば、この盛り上がりはLHCのある運転期間には現れたが、エネルギーが2倍だった別の期間には現れなかった。新しい現象なら、エネルギーが高いほど大きくなると考えるのが自然だ。そうならない理由があるのかもしれないが、現時点では釈然としない事実だ。
新たな物理的現実なのか？
理論面では、さらに整合性に欠けている。実験粒子物理学者が新粒子を探すことに時間を費やすのと同じように、理論家は、探す意味のある新粒子を考えることに時間を費やす。標準模型の欠けた部分を埋める粒子や、暗黒物質（目に見えない物質の一種）を説明する粒子、あるいはその両方だ。しかし、今回のようなものを提唱した人は誰もいない。
たとえば理論家は、より軽いヒッグス粒子が見つかる可能性を示唆している。しかし、その種の粒子がミューオンへ崩壊することはないだろう。軽いZボソンや重い光子についても議論されてきたが、これらは電子と相互作用するはずだ。電子は検出しやすいため、すでに発見されていてもおかしくない。今回の候補粒子は、提案されてきたどの粒子の性質にも当てはまらない。
この粒子が本当に存在するなら、単に標準模型の外にあるだけでなく、誰も予想しなかった形でその外にある。ニュートン力学の重力がアインシュタインの一般相対性理論に取って代わられたように、標準模型もいずれ置き換えられるだろう。しかし、その後継は、標準模型を拡張するものとしてすでに提案されている有力候補、すなわち超対称性、余剰次元、大統一理論のいずれでもないだろう。これらはどれも新粒子を予測するが、今回観測された可能性のある粒子のような性質を持つものはない。誰もまだ提唱していないほど奇妙な何かでなければならない。
幸い、もう一つの大規模なLHC実験であるATLASも、同様の実験データを持っている。チームは現在も分析を続けており、いずれ結果を報告する予定だ。冷めた経験則に従えば、報告されるのは信号なしという結果で、この発見も統計的揺らぎの一覧に加わるだろう。しかし、ひょっとすると、本当に何かが見つかるかもしれない。そうなれば、実験家と理論家の生活は突然、非常に忙しく、そして面白くなる。
