陕西
无心插柳柳成荫，还是说柳树撞倒了爱因斯坦？
前不久，一位名叫Wojciech Brylinski的小伙子在CERN的NA61/SHINE实验室分析数据时，发现了一个让所有理论物理学家都坐立不安的怪事：在氩-钪碰撞中，带电K介子比中性K介子多出了18.4%！
这个数字听起来可能不那么震撼，但在精确到小数点后十几位的物理世界里，这简直就是一个"老虎来了"的惊天大新闻！
这就好比你去银行取钱，预期账户里有10000元，结果银行告诉你有11840元。一般人可能会暗自窃喜，但如果你是个会计师，你会立刻意识到：有人要倒大霉了。
在物理学界，这种意外的"额外收入"不是惊喜，而是一场即将爆发的学术地震的前兆。
"当Wojciech开始研究时，我们以为这不过是个验证对称性的无聊任务，"时任NA61/SHINE发言人的Marek Gaździcki说道。
翻译一下：我们以为他在浪费时间做无用功，结果他捅了个马蜂窝。
"我们期望这种对称性会被严格遵守——尽管我们之前在NA49实验中也测量过这类差异，但那些数据不确定性很大，不够显著。"
换句话说，他们预期看到的是一场平淡无奇的科学确认，结果却目睹了一场足以撼动物理基础的理论叛变。
夸克不守规矩了？
在物理学家的理想世界里，强相互作用应该对所有夸克一视同仁，不管它们是上味、下味还是奇味，这就像是物理学版的平等主义。
而所谓的"同位旋对称性"则是这种平等的一个表现，理论上说，上、下夸克除了质量和电荷有点不同外，在强作用下应该是一对亲兄弟。
这种对称性暗示，在重离子碰撞中，强相互作用应该产生几乎相等数量的带电K介子（由上夸克和奇反夸克或上反夸克和奇夸克组成）和中性K介子（由下夸克和奇反夸克或下反夸克和奇夸克组成），因为上、下夸克的质量非常接近。
这就像是说，无论你是用红笔还是蓝笔写字，只要笔的质量一样，写出来的字应该长得差不多。
但现在，这对兄弟俩闹掰了，而且差距大得离谱——达到了4.7σ的显著性水平！
对于不懂物理的人来说，这就相当于你认为自己买彩票中奖的机会是零，结果你真的中了大奖，而且连续中了好几次！
这种统计显著性让物理学家们无法再假装这只是个偶然的测量误差或者实验噪音，这是实实在在的信号，而且它在喊："愚蠢的人类，你们的理论有问题！"
理论物理学家的噩梦：当数据拒绝配合理论
"我看到两种解释这个结果的方式，"理论物理学家Francesco Giacosa一脸严肃地说，同时可能在思考自己多年研究工作的意义是否将被这个新发现颠覆。
第一种可能性：我们严重低估了电磁相互作用在创建夸克-反夸克对中的作用。
第二种可能性：强相互作用不遵守味对称性——如果是这样，那么物理学家对量子色动力学(QCD)的理解就要推倒重来了。
说人话？要么是我们的计算错了，要么就是基础物理理论有问题。
但不管哪种情况，都够物理学家喝一壶的。
现在，一群理论物理学家正在办公室里紧张地修改他们的方程式，同时祈祷自己的学术生涯不会因此而终结。
有趣的是，这个发现完全是个意外收获。
NA61/SHINE实验室本来只是在研究强子产生的特性，当粒子束从CERN的超级质子同步加速器射出并撞击各种固定的核靶时会发生什么。
这些数据还被分享给T2K等中微子和宇宙射线实验，帮助它们完善模型。
结果不小心捅破了物理学的天花板。
这种情况在科学史上并不少见，从伦琴意外发现X射线，到弗莱明无意中发现青霉素。人类的一些最重大科学突破往往来自于意外发现。
但这一次，意外的不是什么新粒子或新力，而是我们对已知粒子的基本理解可能存在根本性错误。
现在，这个合作组计划进行更多研究，看看这种效应是特定于某些重离子碰撞的特例，还是高能相互作用的普遍特征。
他们甚至向理论物理学家发出了求救信号，希望有人能解释为什么会出现如此大的不对称性。
"我们试图将数据塞进现有的模型里，但根本行不通——简直不可能，"Giacosa无奈地说，可能暗地里已经在考虑是否应该转行做别的研究了。"我们需要更多的实验数据和理论预测来填补我们对强相互作用认知上的空白。所以真正的问题是：接下来该怎么办？"
而在幕后，无数物理学家正在熬夜加班，重新检查他们的计算，调整他们的模型，希望能找到这个粒子世界不对称性的源头。
同时，实验物理学家们正在准备更多的对撞实验，用不同的粒子，不同的能量，希望能复现这个现象，或者找到更多的线索。
当宇宙给科学家开玩笑：物理理论的尴尬时刻
说到底，这个发现提醒我们，无论科学发展到什么程度，自然总有办法让我们保持谦卑。就在物理学家以为他们已经基本理解了夸克的行为规律时，这些微小的基本粒子似乎在对他们说："想得美！"
这也是科学与其他人类知识体系的根本区别，科学欢迎被证伪，即使这意味着要推翻多年的理论基础。
在科学的世界里，没有永恒的真理，只有越来越接近真理的模型。
而每一次意外发现，每一个异常数据，都可能是通往更深层次理解的钥匙。
【参考来源】:《高能原子核碰撞中同位旋对称性破缺的证据》，arXiv (2023)。DOI: 10.48550/arxiv.2312.06572
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