新發現或動搖粒子物理學:三個獨立實驗結果相似
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據國外媒體報道,物理學界的一項新發現或許將動搖粒子物理學的基礎,並重塑我們對宇宙的認知。近期的一篇綜述對三個獨立進行的實驗進行了總結,發現它們獲得了“驚人類似”的結果。
這些研究顯示,輕子普適性——標準模型的基礎假設——可能並不成立。恰恰相反的是,研究結果指向一種存在於粒子物理學標準模型之外的新現象。
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“這些研究的觀測結果似乎對輕子普適性提出了挑戰,”一支國際物理學家團隊在發表於《自然》(Nature)雜誌的綜述中寫道,“這些結果的證實將指向新的粒子或相互作用,或許將對我們對粒子物理學的理解帶來深遠影響。”
輕子普適性是一個簡單的規則,指的是特定基本粒子間的相互作用是一致的,儘管這些粒子具有不同的質量和壽命(衰變速率)。這些基本粒子被稱爲帶電輕子,包括電子、μ子(muon),以及較重的τ粒子(tau)。
綜述中提到的三項研究分別是由美國、瑞士和日本的團隊完成的。他們發現,基於電子和μ子的衰變速率,τ粒子的衰變速率要遠高於標準模型的預測。儘管其中一個實驗可能出現了統計學誤差,但三個獨立研究分別在三種不同環境下觀測到了遠高於預期的τ粒子衰變,這讓粒子物理學家們有點坐不住了。
“τ粒子是關鍵,因爲電子和μ子都得到了充分的測量。τ粒子的測量難度更大,因爲它們衰變得非常快,”綜述作者之一、加州大學聖芭芭拉分校弗朗哥·塞維拉(Franco Sevilla)說,“現在物理學家得以更好地研究τ粒子,我們看到,輕子普適性或許並不是標準模型所宣稱的那樣。”
這三項研究分別是在瑞士歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機底夸克實驗(LHCb)、美國加州SLAC國家加速器實驗室的BaBaR大型探測器,以及日本的Belle實驗進行的,研究結果對輕子普適性的原理提出了挑戰。
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綜述團隊表示,這三個研究給出的結果總體上具有99.95%的確定性。目前,研究人員希望確定這些結果是否預示着新的物理學現象,抑或只是統計學誤差。
“我們還不確定這些結果如果證實,長期來看意味着什麼,”塞維拉說,“首先,我們需要確定它們是真實的,然後需要進行補充實驗,以確定這些結果的含義。”如果實驗結果指向新粒子或新規律,或許就能填補我們對宇宙的認知空白,爲暗物質如何形成和運作等問題提供線索。
簡明亞原子物理學
原子通常是由質子、中子和電子組成的,而它們又是由更小的基本粒子組成。基本粒子是人類目前已知的最小粒子,可以分爲兩類,一類是費米子,被認爲是組成物質的粒子;另一類是玻色子,是使其他粒子聚集起來的媒介粒子。
費米子中的亞原子粒子被稱爲夸克。當3個夸克結合時,會形成被稱爲重子的複合粒子。質子可能是最廣爲人知的重子。有時,夸克會與相應的反粒子(如反夸克,具有相同的質量和相反的電荷)相互作用,形成介子。
介子常常出現於較重的人造粒子的衰變,而這類衰變通常出現在粒子加速器、核反應堆和宇宙射線中。介子、重子和其他受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱爲強子。
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