能量突破標準模型 是新粒子還是假信號
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發現“新粒子”好比發現新大陸，出乎尋常又令人興奮。因為半個多世紀以來，粒子物理學家們精心繪制了一張擁有61個成員的“粒子譜”，目前實驗中發現的所有粒子都能在這張譜上找到對應的身份。
比如，W玻色子、Z玻色子、膠子、頂夸克以及魅夸克還沒有被發現之前，理論物理學家們已根據“粒子譜”預測到它們的存在，并且對其性質的估計也非常精確。這張神奇的“粒子譜”就是標準模型，被稱為迄今為止在粒子層面理解自然的最佳理論。
近日，有新的信號似乎要打破這一標準模型。歐洲核子研究中心（CERN）的科學家宣布，大型強子對撞機（LHC）中的緊湊型繆子螺旋磁場探測器（CMS）可能發現了一種全新粒子，它的能量大約是28GeV（10億電子伏特），不足希格斯玻色子（125GeV）的四分之一。而28GeV的能量值與現有理論的預測都不吻合。相關研究論文作為預印本發表在ArXiv上，還未通過同行評議。
物理學家們表示，若是新粒子，會非常令人振奮。但目前，他們更加強調要謹慎對待這個信號。
“粒子雨”中出現繆子對
28GeV的信號是如何被發現的？CERN的研究團隊進行這次實驗原本是為尋找另一種與希格斯玻色子相似的粒子。在粒子對撞實驗中，重粒子（如希格斯玻色子）通過粒子碰撞產生后立即發生衰變，產生暴雨般的更輕、更小的粒子（比如光子或電子），由于這些粒子比重粒子穩定，所以能被探測器“捕獲”。科學家們再經過物理分析，推測出它們的起源。
本次實驗，“粒子雨”中出現了成對的繆子，它們與電子相似但更重。研究人員分析了這些繆子的能量和方向。據英國哈德斯菲爾德大學國際加速器應用研究所主管、研究教授羅杰·巴洛分析，繆子對中的兩個粒子通常分別產生于不同事件，而非同時由一個粒子的衰變產生。假設繆子對中的兩個粒子源自同一個粒子，那么母粒子的質量將分布在一個較大的范圍中。
但這次，母粒子的質量分布在28GeV處的一個峰值。也就是說，也許存在一種能量為28GeV的粒子，釋放了這些繆子對。
據了解，本次實驗結果的顯著性為4.2倍標準偏差。巴洛分析稱，這意味著峰值來自數據中隨機噪聲的概率僅為0.0013％。
但另一個費解的事實是，當研究人員將能量加倍后，數據顯著性掉到了2.9倍標準偏差。論文作者尼基·特克認為，這可能是因為高能量實驗產生了更多的“背景粒子”，模糊了信號。
不在標準模型“粒子譜”內
為何28GeV的信號令人興奮呢？因為能量為28GeV的新粒子不在標準模型里，甚至不在其他主流理論的預測之內。
中科院高能物理所研究員阮曼奇告訴科技日報記者，標準模型中有61個粒子，每一個粒子的種類、性質、量子數、質量大小、相互之間的耦合等基本上都是確定的?！皹藴誓Ｐ褪橇Ｗ游锢韺W家摸索出來的和實驗吻合得最好的、最簡潔的理論，精準描述了對撞機實驗室中看到的幾乎所有現象。它非常詳盡，以致于沒有太多含混?！?/span>
標準模型的詳細程度好比一個賓館套間，其手冊上清楚說明了每一件物品的名稱、種類、數量、位置等，從而使客人非常舒服地住在里面?！澳程?，你走進房間發現客廳多了一架鋼琴，而它并不在說明書上，你會感到驚訝。”
CMS探測到的28GeV能量的信號，好比這架突然闖入的鋼琴，打破了粒子物理學家的舒適區。中科院高能物理研究所研究員張華橋承擔著一部分CMS研究工作，他在接受記者采訪時說：“如果它是一個新的基本粒子，標準模型就無法解釋。因為它的質量比介子和重子高，又比我們希望探測到的高質量基本粒子低很多。”
另一方面，目前的天文觀測和中微子實驗表明，標準模型遠非終極理論。因而，突破標準模型的新粒子將會是一個重大發現。
