物理學(xué)家們，給自己準(zhǔn)備一杯烈酒：歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)美容實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了可能表明違反粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的結(jié)果。大型儀器的最新測試結(jié)果旨在解開大爆炸的秘密以及緊隨其后發(fā)生在我們宇宙中的事情，結(jié)果尚未得到證實(shí)，但可能證明是當(dāng)前物理學(xué)理解的巨大動蕩。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)美容實(shí)驗(yàn)，稱為 LHCb，正在對撞機(jī)上的四個點(diǎn)之一進(jìn)行，歐洲核子研究中心將質(zhì)子束撞擊在一起。它的重點(diǎn)是跟蹤包含 b 和反 b 夸克的粒子(稱為“B 介子”)在這些碰撞后如何衰變。

“LHCb 的每個子探測器都專門測量質(zhì)子碰撞產(chǎn)生的粒子的不同特征，”歐洲核子研究中心解釋說。“總的來說，探測器的組件收集有關(guān)每個產(chǎn)生的粒子的身份、軌跡、動量和能量的信息，并且可以從碰撞點(diǎn)噴出的數(shù)十億個粒子中挑選出單個粒子。”

根據(jù)粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，涉及兩種所謂美夸克(稱為“味”)的衰變應(yīng)該以相同的概率發(fā)生。然而，LHCb 的研究結(jié)果表明，由于衰變率存在偏差，因此被描述為“可能違反輕子風(fēng)味普遍性”。

“新結(jié)果表明存在偏差，”歐洲核子研究中心解釋說，“結(jié)果的統(tǒng)計顯著性是 3.1 個標(biāo)準(zhǔn)差，這意味著數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測兼容的概率約為 0.1%。”

這是一個很小的偏差，但不是第一次出現(xiàn)這種普遍采用的思想問題的跡象。CERN 指出，事實(shí)上，LHCb 和過去十年中進(jìn)行的其他實(shí)驗(yàn)也觀察到了類似的異?，F(xiàn)象。只有通過最新一批的 LHCb 結(jié)果——更精確地關(guān)注衰變測量——才第一次計算出準(zhǔn)確的比率。

曼徹斯特大學(xué)和歐洲核子研究中心的 Chris Parkes 教授和 LHCb 發(fā)言人解釋說：“如果要確認(rèn)對輕子風(fēng)味普遍性的違反，則需要一個新的物理過程，例如新基本粒子或相互作用的存在。” “正在使用現(xiàn)有的 LHCb 數(shù)據(jù)對相關(guān)過程進(jìn)行更多研究。我們將很高興看到它們是否加強(qiáng)了當(dāng)前結(jié)果中的有趣提示。”

該研究的結(jié)果在關(guān)于電弱相互作用和統(tǒng)一理論的 Moriond 會議上以及在 CERN的平行研討會上公布。

現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)還為時過早。在科學(xué)術(shù)語中，“證據(jù)”具有相當(dāng)具體的含義：超過 3 個標(biāo)準(zhǔn)差的結(jié)果，但仍低于科學(xué)家所說的完全“觀察”的 5 個標(biāo)準(zhǔn)差水平。需要更多的研究來確定偏差是否在某種程度上是錯誤的，或者可以通過未來的測量來確認(rèn)。

粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型描述了四種已知基本力中的三種：電磁力、弱相互作用和強(qiáng)相互作用?？茖W(xué)家們付出了巨大的努力，它在 1970 年代中期通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)夸克時得到了有效的決定。事實(shí)上，歐洲核子研究中心自己在 2012 年對希格斯玻色子的確認(rèn)幫助鞏固了該模型。在探測器升級完成后，當(dāng) LHCb 實(shí)驗(yàn)在 2022 年恢復(fù)收集數(shù)據(jù)時，將確認(rèn)更多關(guān)于潛在違規(guī)的數(shù)據(jù)。