科學家在LHC碰撞點發(fā)現了標準模型所不能解釋的反?，F象，這一現象在此前的兩項實驗里都看到過，但要被稱作一項發(fā)現的話，還需要更多的數據支持。

撰文 伊麗莎白·吉布尼（Elizabeth Gibney）

翻譯 丁家琦

審校 韓晶晶

大型強子對撞機（LHC）的LHCb實驗裝置中一個μ子探測器的內景。圖片來源：CERN

科學家近期在大型強子對撞機（LHC）的數據中發(fā)現了一個有趣的信號，這可能會成為標準模型堅實大廈上的第一條裂縫。

歐洲核子研究中心（CERN）的科學家在分析2011~2012年LHC收集的數據時，發(fā)現B介子在特定的衰變過程中放出τ子的頻率要高于放出μ子的頻率（τ子和μ子和電子一樣都屬于輕子，但比電子重），而標準模型認為考慮到粒子質量差異后，衰變產生兩種粒子的頻率應該完全相同。該結果即將發(fā)表在這個月的《物理評論快報》（Physical Review Letters ）上，而論文作者早在6月就將論文上傳至預印本網站arXiv。

衰變率的這一差異是LHC底夸克（LHCb）實驗組發(fā)現的，還不能當做一項新發(fā)現來宣布，因為它過于細微，有可能只是統(tǒng)計上的一個波動，在收集到越來越多的B介子衰變數據之后就會消失。在粒子物理領域，宣布一項新發(fā)現通常需要5σ的統(tǒng)計學顯著性（即與平均值偏離5個標準差），而LHCb的這一信號只有2.1個σ。

但物理學家還是為此歡欣鼓舞，因為同樣的異?，F象在之前的兩項實驗中也出現過：美國SLAC國家實驗室的BaBar實驗組在2012年，以及日本高能加速器研究機構（KEK）的Belle實驗組在今年5月均報道過類似的結果。倫敦帝國理工學院的物理學家米捷什·帕特爾（Mitesh Patel）認為LHCb的結果正好符合了前兩個實驗的發(fā)現，他也參與了LHCb的實驗。

“單個測量實驗中的2σ差異不能說明什么，”同在LHCb工作，來自英國利物浦大學的粒子物理學家塔拉·希爾斯（Tara Shears）說，“但通過不同的實驗和不同的人，在不同種類的衰變中發(fā)現一系列2σ的差異，就真的很有意思了。”

新物理的曙光？

去年，LHCb就發(fā)現了一個類似的差異：在另一種B介子的衰變過程中，放出的電子頻率高于μ子，顯著性約為2.6σ。令人激動的是，如果這兩個結果都是真的，它們可以用同一個新物理原理來解釋。

比方說，如果假定存在另一種希格斯玻色子，它帶有電荷，而且與衰變中牽涉到的各種粒子的相互作用都各不相同，這樣的話或許就能解釋這類差異。眼下最流行的對標準模型理論的擴展是“超對稱”（supersymmetry）理論，它就預言了這類希格斯玻色子的存在，盡管帕特爾說這只是多種可能解釋中的一種。

在LHC的另一個實驗組CMS工作的物理學家唐·林肯（Don Lincoln）則提醒大家，這一“信號”很可能只是統(tǒng)計上的波動，或是實驗不確定性被錯估所造成的。但這么多個地方都出現類似的信號，無疑值得引起科學家的注意?！斑@其中一定有更多需要仔細研究的細節(jié)?！彼f。

這一發(fā)現所基于的數據仍然是LHC在2011~2012年第一輪運行時獲得的數據，為了在今年6月開始的第二輪運行中積累數量相當的數據，科學家還需要再等一年。與此同時，LHCb的研究團隊還會檢驗其他類似的衰變過程數據，看看還有沒有類似的差異產生。

LHC分為四個主要探測器：LHCb，CMS，ATLAS和ALICE。其中，另外兩個裝置CMS和ATLAS的科學家已經在追逐他們自己的有趣新發(fā)現了。他們的任務是直接尋找新粒子（LHCb則是通過觀察新粒子對已知衰變過程的影響來間接尋找它們），并且都在LHCb發(fā)現疑似新粒子的能量范圍內（約2 TeV）發(fā)現了不明顯的“小峰”，有可能正是由新粒子的衰變所導致，不過還沒有足夠的證據表明CMS、ATLAS與LHCb發(fā)現的粒子是同一種。ATLAS組的論文已經發(fā)布在arXiv上，他們將統(tǒng)計顯著性定為3.4σ。

自20世紀70年代以來，實驗已經一次又一次地證明了標準模型的正確性，但它不能解釋引力或暗物質等現象，這讓很多物理學家認為它只是更強有力的理論的一個近似。帕特爾說，他認為LHCb的試探性結果比之前其他設備的實驗結果更可信，但只要有更多的數據和分析支持，不管哪個結果最終被證明是真的，他都會很高興。“標準模型屹立不倒的時間已經太久了，所以無論它以什么方式倒下，我們都會很樂意地接受?！?/p>

關于LHC在重啟前后都在干什么，請見《環(huán)球科學》2015年5月號《LHC 2.0：以全新的角度看宇宙》。