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欧洲大型强子对撞机疑似发现新粒子标准模型受到挑战

来源:http://www.hgfx0088.com编辑:漫展网_互联网资讯_科技资讯 人气: 发布时间:2019-06-18
摘要:近日,发现希格斯玻色子的欧洲核子中心(CERN)有了新突破:研究人员在实验中发现B介子的衰变过程与标准模型描述不符,疑似有新粒子产生。当地时间4月18日,发现这一偏差的科学家们在CERN作报告时这样宣布。 虽然这个发现本身不足以成为独立的证据,但结合此

  近日,发现希格斯玻色子的欧洲核子中心(CERN)有了新突破:研究人员在实验中发现B介子的衰变过程与标准模型描述不符,疑似有新粒子产生。当地时间4月18日,发现这一偏差的科学家们在CERN作报告时这样宣布。

  虽然这个发现本身不足以成为独立的证据,但结合此前发现的其他线索,科学家们或许已经捕捉到了新粒子模糊的身影。巴塞罗那自由大学的Joaquim Matias说,“此前我们从未观察到标准模型出现一系列相互关联的偏差,而这一系列偏差又可以用一个非常简单的方式解释:存在一种新的粒子。”Matias认为这已经是个大发现了,其他同行却还持谨慎观望态度。

  标准模型是现代粒子物理学的基石,涉及四种基本力中的三种:电磁力、强作用力、弱作用力,及组成所有物质的基本粒子。它以夸克模型为结构载体,解释和描述了基本粒子的特性及相互间的作用。

  1995年,美国费米实验室宣布发现了顶夸克(Top Quark),这是标准模型所预言的61种基本粒子中,第60种被实验证实的。剩下的唯一未被发现的粒子就是希格斯玻色子。

  最终,欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)找到了这最后一块拼图。2012年,CERN两个最大的实验组, ATLAS组和CMS组,分别独立发现了希格斯粒子。2013年的诺贝尔物理学奖也授予了希格斯玻色子的理论预测者,比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国物理学家彼得·希格斯。

  不过,这次发现新线索的并非ATLAS或CMS,而是LHC一个规模较小的侦测器,名叫LHCb(LHC底夸克侦测器)。LHC共有5个侦测器,其中较大的超环面仪器 (ATLAS)与紧凑渺子线圈(CMS)致力于通过刷新能量上限来侦探新粒子,剩下的三个都是较小型的特殊目标侦测器。LHCb的任务是精确监测已知粒子,尤其是B介子的衰变过程。

  B介子是由夸克这种基本粒子构成的。人们更熟悉的质子和中子就是由3个夸克构成的,其中1个质子包括2个上夸克和1个下夸克,1个中子则包括2个下夸克和1个上夸克。而高能粒子对撞还会产生一些更重的夸克:魅夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。这些夸克可以和反夸克一起组成介子。B介子就由1个反底夸克和1个夸克(可能是上夸克、下夸克、奇夸克和魅夸克中的一种)组成。

  B介子只会存在一万亿分之一秒。科学家们希望在它的衰变过程中窥见新的物理世界的大门。如果在B介子衰变过程中,有任何新的粒子介入,衰变的速度和细节都会偏离标准模型的预测。这就为人类提供了一种间接发现新粒子的方法。20世纪70年代,人们还只知道上夸克、下夸克和奇夸克,物理学家就是因为发现K介子(由1个奇夸克和1个反夸克组成的介子)的衰变过程有点奇怪,预测了魅夸克的存在。

  当地时间4月18日,LHCb的科学家们在CERN作报告时宣布,他们发现其中一种B介子衰变为K介子时,dnf红眼pk副产物和标准模型预测的有所偏差。根据标准模型,衰变要么产生1个 子和1个反 子,要么产生1个电子和1个正电子,概率是均等的。但在实验中,他们发现概率分布并不均匀:前者发生的频率要小于后者。牛津大学的Guy Wilkinson代表LHCb组的770个成员说道,“这个测量结果很重要,因为在理论上应该是非常均匀的。”

  除此之外,LHCb组还发现了5个与此一致的线年,他们就发现B介子衰变时产生的粒子偏离了标准模型预测的角度。

  按照标准模型,在B介子衰变为K介子时,底夸克会先短暂地变成顶夸克,再变成奇夸克。在这个过程中,底夸克需要先放出一个W玻色子,再重新吸收一个W玻色子(W玻色子是一种传递弱相互作用力的粒子)。

  但LHCb组的最新实验数据暗示,底夸克可能是直接变成奇夸克的——一个在标准模型中不可能发生的变化。一部分科学家们假设,这种变化是通过放出一种标准模型以外的新粒子,即Z9玻色子实现的。这个额外的衰变过程会减少 子的形成。“这听起来像是为解释而解释,但这种假设确实完美地对应上了实验数据。”美国辛辛那提大学的Wolfgang Altmannshofer说道。另一些科学家则假设存在一种夸克和电子的杂交体,轻子夸克(Leptoquark)。

  当然,这种偏差也可能是由实验数据的波动导致的幻觉。18个月之前,ATLAS组和CMS组就疑似找到了一种新粒子,最后发现他们只是缺乏足够的实验数据。

  如果Z9玻色子或轻子夸克真的存在,LHC就可能通过对撞找到它们,虽然它们存在的时间会非常短,Matias说道。停工了一个冬天之后,LHC即将恢复工作。下个月,那些粒子侦测器就会回归岗位。

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