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会是新的基本粒子吗?CERN发现惊人痕迹 | 科学人 | 果壳网 科技有意思

 beyondmyselfpx 2016-02-06

欧洲核子研究中心(CERN)下属大型强子对撞机(LHC)的两组物理学家在本周报告说,他们发现了一些痕迹,也许意味着自然界中有一个全新的基本粒子——如果它是真的,那它不但将是迄今发现的最重基本粒子,甚至可能改变整个粒子物理学。

在经过了两年的维护升级之后,LHC于今年4月重新开机,还没到年底就爆出了大新闻。他们发现了一对超高能光子,共带有750GeV的能量。看起来,这有可能来自一个750GeV新粒子的衰变。

这个数字很厉害。虽然这能量看起来不算多,只折合千万分之一焦耳,但是——如果它是真的——那么这可是一个粒子所独占的能量,它一个就能顶800个氢原子。目前已知的最重基本粒子——顶夸克,其能量只有173GeV而已,只是它的四分之一;两年前获得诺奖的希格斯玻色子,也只有126GeV。

如果这是真的,这将“天翻地覆”,CERN理论物理学家吉安·弗朗西斯科·朱迪切Gian Francesco Giudice)在接受《自然》采访时说。希格斯玻色子是“标准模型”最后一块拼图,但这个新粒子是全新的东西,“论新颖程度,连希格斯玻色子都相形见绌了。”

粒子对撞的示意图。图片来源:CMS/CERN

但是前提是它存在。我们观察到的一对光子可能是来自这个神秘新粒子,也可能是来自巧合。其中一组物理学家(代号是Atlas)报告说,是巧合的概率为1/93。这的确很小,但是物理学家对此还远远不能满意。一般来说粒子物理的金标准是所谓“5西格玛”:这意味着当巧合的概率降低到三百五十万分之一的时候,大家才会承认这是真的。

通常来说这么弱的证据都不值得向外公布,但是另一组物理学家(代号CMS)也观察到了这一现象。Atlas组观测到的光子对,要比理论预测的多40个;而CMS看到的则多10个。

如果——再次强调如果——这真的是一个新粒子而不是统计偶然,那么这有许多种疯狂和不那么疯狂的解释。也许是一个重版的希格斯玻色子,毕竟我们虽然已经发现了一个,但没人规定它只能有一种。也可能是一个引力子,传说中的引力的量子载体。甚至到最后我们也许会发现,统治粒子物理学几十年的“标准模型”到最后会完全坍塌,引发新世纪的物理学革命(这个模型已经被今年刚获得诺奖的中微子振荡实验撕开了第一道缺口)。

毕竟,正是四年前的这个时候,同样来自LHC、同样是两组物理学家相吻合的观测,最终发现了希格斯玻色子,为标准模型添上了最后一块缺失的拼图;假如四年后的今天他们以同样的方式将大厦推倒,也算是有始有终。

但这一切都只是猜测。从希格斯玻色子的最初迹象,到人们能确认它的发现,之间相隔了整整半年;这个神秘新粒子如果真的存在,也必定要经历类似的验证。明年LHC将会产生十倍于今年的数据量,那时这一神秘高能光子信号的真身必将揭晓。(编辑:Calo)

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