重磅！物理学迎来新突破：科学家发现超越标准模型的新物理迹象

在瑞士日内瓦地下100米深处，有一条长达27公里的环形对撞机，这是欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），数十亿质子在这里被加速到接近光速并迎头相撞。

每一次的碰撞，都是在复刻宇宙大爆炸发生瞬间那个时刻的极端环境，同时，每一次的碰撞也在为物理学家寻找着颠覆现有物理体系的蛛丝马迹。

最近，LHC上的LHCb合作组发布了一项重磅研究成果，相关论文已被《物理评论快报》接收。

这项迄今为止对特定粒子衰变最精确的测量，再次让统治粒子物理界半个多世纪的标准模型，露出了难以解释的裂缝，让物理学家们看到了新物理出现的迹象。

标准模型是人类目前对微观世界最成功的解释框架。

它把构成宇宙的所有基本粒子，以及支配它们的强力、弱力、电磁力三种基本力，都纳入了一套完整自洽的规则里。

从构成原子核的夸克到围绕原子核旋转的电子，再到2012年才被发现的赋予所有粒子质量的希格斯玻色子，几乎所有微观世界的现象，都能被这套模型精准预言。

但物理学家早就清楚，它绝不是宇宙的最终答案，它无法兼容量子尺度的引力，也完全解释不了占据宇宙中物质总质量85%的暗物质、推动宇宙加速膨胀的暗能量。

这些悬而未决的谜题，都指向了标准模型之外的新物理。

想要找到新物理的痕迹，最好的办法之一，就是去观察那些极其罕见的粒子衰变过程。

这次LHCb团队聚焦的核心，是一种名为中性B介子的短寿命粒子。

B介子诞生于质子对撞的瞬间，由一个底夸克和一个反上夸克组成，平均只存在一万亿分之一秒，之后它就会衰变成其他更轻的粒子。

团队研究的是它一种极端罕见的衰变模式：平均每一百万个B介子里，才会有一个发生这样的衰变，一个中性B介子先衰变成一个K介子（它会立刻分裂成一个带正电的K介子和一个带负电的π介子），同时释放出一对带正电和负电的μ子，也就是电子的重量级兄弟。

在标准模型的规则里，这个衰变过程有着独一无二的价值。

它的本质是B介子里的底夸克要转变成一个奇异夸克。

这种转变没有直达通道，在标准模型中属于被严格禁戒的味改变中性流过程，它只能通过一种看不见的量子圈中转，依靠真空中瞬间出现又消失的虚粒子才能完成整个过程。

也正因为如此，这个衰变被极大地抑制，所以才会变得如此罕见。

但反过来想，如果有标准模型里没预言的新粒子、新相互作用存在，它们完全可以参与到这个量子圈的过程里，给衰变的结果带来清晰可测的改变。

这就像一条原本只有蚂蚁能通过的窄缝，但凡有一点外来扰动都会留下无法抹去的痕迹。

这一次，LHCb团队用了2011、2012以及2016-2018年间采集的海量对撞数据，完成了迄今为止对这个衰变过程最精确的测量。

与此前的研究相比，这次的分析补上了所有过去被忽略的关键细节：

首次完整给出了K⁺π⁻系统S波贡献的全套可观测量，首次在分析中完整考虑了μ子质量带来的物理效应，首次同时测量了衰变的微分分支比和全套角可观测量，还把测量的双μ子系统不变质量平方区间拆得更细，甚至用两套完全独立开发的分析框架完成了两次完整分析，为结果的可靠性提供了关键交叉验证，从而极大降低了分析流程出现系统偏差的可能性。

最终的测量结果再次印证了此前实验中发现的异常：

B介子衰变的多项关键特征和标准模型的理论预言出现了持续的偏差。

其中最核心的参数，与标准模型预测的差异最高达到了4.1个标准差，在粒子物理领域，这意味着这个偏差来自随机统计涨落的概率仅约十万分之二。

而另一项关键结果，也就是B介子与反B介子衰变的行为差异（CP不对称性），全部测量值均未出现显著偏离零的情况，与标准模型的预期完全一致。

在此之前，有物理学家提出，此前看到的异常，可能只是标准模型里一些未被精确计算的长程强相互作用效应导致的，并非真的存在新物理。

但这次的详细分析明确显示，这些标准模型内的常规效应无法完全解释观测到的偏差，此前配套的分析也没有发现显著增强的长程效应。

这也让新物理参与了这个衰变过程的可能性变得越来越大。

物理学家在论文中指出，这类与标准模型的张力，完全可以通过引入新物理模型来解释，最典型的就是给有效四费米子bsμμ矢量耦合带来额外贡献的模型，而这类相互作用是标准模型中完全没有的。

当然，现在的结果还没有达到粒子物理界发现新物理的黄金标准——5个标准差，也就是偏差来自偶然涨落的概率低于千万分之一。

但LHC还在持续升级，它已经进入第三轮运行期，未来的高亮度LHC还会采集到数十倍于现在的对撞数据，测量精度还会进一步提升。

如果这个异常始终存在，甚至随着数据量增加变得更加显著，那我们就将迎来粒子物理界半个多世纪以来最重大的突破。

标准模型在过去几十年里，通过了无数次最严苛的检验，但它从来都不是宇宙的终极真理。

从暗物质到宇宙正反物质不对称的谜题，太多的未知等着我们去解答。

而LHC地下管道里的每一次质子对撞，每一次对罕见衰变的精准捕捉，都是人类向着宇宙最深处的真相，迈出的坚实一步。