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能量突破标准模型 是新粒子还是假信号?

2018-11-22 15:49:37      来源:科技日报   分享:扫描到手机

能量突破标准模型 是新粒子还是假信号?,发现“新粒子”好比发现新大陆,出乎寻常又令人兴奋。因为半个多世纪以来,粒子物理学家们精心绘制了一张拥有61个成员的“粒子谱”,目前实验中发现的所有粒子都能在这张谱上找到对应的身份

  发现“新粒子”好比发现新大陆,出乎寻常又令人兴奋。因为半个多世纪以来,粒子物理学家们精心绘制了一张拥有61个成员的“粒子谱”,目前实验中发现的所有粒子都能在这张谱上找到对应的身份。

  比如,W玻色子、Z玻色子、胶子、顶夸克以及魅夸克还没有被发现之前,理论物理学家们已根据“粒子谱”预测到它们的存在,并且对其性质的估计也非常精确。这张神奇的“粒子谱”就是标准模型,被称为迄今为止在粒子层面理解自然的最佳理论。

  近日,有新的信号似乎要打破这一标准模型。欧洲核子研究中心(CERN)的科学家宣布,大型强子对撞机(LHC)中的紧凑型缪子螺旋磁场探测器(CMS)可能发现了一种全新粒子,它的能量大约是28GeV(10亿电子伏特),不足希格斯玻色子(125GeV)的四分之一。而28GeV的能量值与现有理论的预测都不吻合。相关研究论文作为预印本发表在ArXiv上,还未通过同行评议。

  物理学家们表示,若是新粒子,会非常令人振奋。但目前,他们更加强调要谨慎对待这个信号。

  “粒子雨”中出现缪子对

  28GeV的信号是如何被发现的?CERN的研究团队进行这次实验原本是为寻找另一种与希格斯玻色子相似的粒子。在粒子对撞实验中,重粒子(如希格斯玻色子)通过粒子碰撞产生后立即发生衰变,产生暴雨般的更轻、更小的粒子(比如光子或电子),由于这些粒子比重粒子稳定,所以能被探测器“捕获”。科学家们再经过物理分析,推测出它们的起源。

  本次实验,“粒子雨”中出现了成对的缪子,它们与电子相似但更重。研究人员分析了这些缪子的能量和方向。据英国哈德斯菲尔德大学国际加速器应用研究所主管、研究教授罗杰·巴洛分析,缪子对中的两个粒子通常分别产生于不同事件,而非同时由一个粒子的衰变产生。假设缪子对中的两个粒子源自同一个粒子,那么母粒子的质量将分布在一个较大的范围中。

  但这次,母粒子的质量分布在28GeV处的一个峰值。也就是说,也许存在一种能量为28GeV的粒子,释放了这些缪子对。

  据了解,本次实验结果的显著性为4.2倍标准偏差。巴洛分析称,这意味着峰值来自数据中随机噪声的概率仅为0.0013%。

  但另一个费解的事实是,当研究人员将能量加倍后,数据显著性掉到了2.9倍标准偏差。论文作者尼基·特克认为,这可能是因为高能量实验产生了更多的“背景粒子”,模糊了信号。

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