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科学家在LHC碰撞点发现了标准模型所不能解释的反常现象，这一现象在此前的两项实验里都看到过，但要被称作一项发现的话，还需要更多的数据支持。
大型强子对撞机（LHC）的LHCb实验装置中一个μ子探测器的内景。图片来源：CERN
科学家近期在大型强子对撞机（LHC）的数据中发现了一个有趣的信号，这可能会成为标准模型坚实大厦上的第一条裂缝。
欧洲核子研究中心（CERN）的科学家在分析2011~2012年LHC收集的数据时，发现B介子在特定的衰变过程中放出τ子的频率要高于放出μ子的频率（τ子和μ子和电子一样都属于轻子，但比电子重），而标准模型认为考虑到粒子质量差异后，衰变产生两种粒子的频率应该完全相同。该结果即将发表在这个月的《物理评论快报》（Physical Review Letters ）上，而论文作者早在6月就将论文上传至预印本网站arXiv。
衰变率的这一差异是LHC底夸克（LHCb）实验组发现的，还不能当做一项新发现来宣布，因为它过于细微，有可能只是统计上的一个波动，在收集到越来越多的B介子衰变数据之后就会消失。在粒子物理领域，宣布一项新发现通常需要5σ的统计学显著性（即与平均值偏离5个标准差），而LHCb的这一信号只有2.1个σ。
但物理学家还是为此欢欣鼓舞，因为同样的异常现象在之前的两项实验中也出现过：美国SLAC国家实验室的BaBar实验组在2012年，以及日本高能加速器研究机构（KEK）的Belle实验组在今年5月均报道过类似的结果。伦敦帝国理工学院的物理学家米捷什•帕特尔（Mitesh Patel）认为LHCb的结果正好符合了前两个实验的发现，他也参与了LHCb的实验。
“单个测量实验中的2σ差异不能说明什么，”同在LHCb工作，来自英国利物浦大学的粒子物理学家塔拉•希尔斯（Tara Shears）说，“但通过不同的实验和不同的人，在不同种类的衰变中发现一系列2σ的差异，就真的很有意思了。”
新物理的曙光？
去年，LHCb就发现了一个类似的差异：在另一种B介子的衰变过程中，放出的电子频率高于μ子，显著性约为2.6σ。令人激动的是，如果这两个结果都是真的，它们可以用同一个新物理原理来解释。
比方说，如果假定存在另一种希格斯玻色子，它带有电荷，而且与衰变中牵涉到的各种粒子的相互作用都各不相同，这样的话或许就能解释这类差异。眼下最流行的对标准模型理论的扩展是“超对称”（supersymmetry）理论，它就预言了这类希格斯玻色子的存在，尽管帕特尔说这只是多种可能解释中的一种。
在LHC的另一个实验组CMS工作的物理学家唐•林肯（Don Lincoln）则提醒大家，这一“信号”很可能只是统计上的波动，或是实验不确定性被错估所造成的。但这么多个地方都出现类似的信号，无疑值得引起科学家的注意。“这其中一定有更多需要仔细研究的细节。”他说。
这一发现所基于的数据仍然是LHC在2011~2012年第一轮运行时获得的数据，为了在今年6月开始的第二轮运行中积累数量相当的数据，科学家还需要再等一年。与此同时，LHCb的研究团队还会检验其他类似的衰变过程数据，看看还有没有类似的差异产生。
LHC分为四个主要探测器：LHCb，CMS，ATLAS和ALICE。其中，另外两个装置CMS和ATLAS的科学家已经在追逐他们自己的有趣新发现了。他们的任务是直接寻找新粒子（LHCb则是通过观察新粒子对已知衰变过程的影响来间接寻找它们），并且都在LHCb发现疑似新粒子的能量范围内（约2 TeV）发现了不明显的“小峰”，有可能正是由新粒子的衰变所导致，不过还没有足够的证据表明CMS、ATLAS与LHCb发现的粒子是同一种。ATLAS组的论文已经发布在arXiv上，他们将统计显著性定为3.4σ
自20世纪70年代以来，实验已经一次又一次地证明了标准模型的正确性，但它不能解释引力或暗物质等现象，这让很多物理学家认为它只是更强有力的理论的一个近似。帕特尔说，他认为LHCb的试探性结果比之前其他设备的实验结果更可信，但只要有更多的数据和分析支持，不管哪个结果最终被证明是真的，他都会很高兴。“标准模型屹立不倒的时间已经太久了，所以无论它以什么方式倒下，我们都会很乐意地接受。”
关于LHC在重启前后都在干什么，请见《环球科学》2015年5月号《LHC 2.0：以全新的角度看宇宙》。（撰文：伊丽莎白•吉布尼（Elizabeth Gibney） 翻译：丁家琦 审校：韩晶晶）
本文来源：网易科技报道
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王晓易_NE0011
