物理學(xué)家探測到罕見粒子衰變

粒子物理學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)模型

一個(gè)Bs介子衰變成為兩個(gè)μ介子，這種現(xiàn)象極其罕見

北京時(shí)間11月14日消息，據(jù)英國廣播公司(BBC)報(bào)道，物理學(xué)家們近期探測到了自然界中最罕見的粒子衰變現(xiàn)象之一。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對于現(xiàn)行的物理學(xué)理論，即超對稱理論將是一項(xiàng)重大打擊。

超對稱理論之所以獲得流行，是因?yàn)樗芎玫貥?gòu)成了對現(xiàn)有描述亞原子粒子性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)模型的修正。它可以解釋標(biāo)準(zhǔn)模型中存在的一些缺陷。而近日在日本京都舉行的強(qiáng)子對撞機(jī)物理學(xué)會(huì)議上研究人員們報(bào)告的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)和超對稱理論的諸多最可能的模型不符，研究人員們將于近期發(fā)表有關(guān)這一結(jié)果的論文。

克里斯·帕克斯(Chris Parkes)教授是英國參與大型強(qiáng)子對撞機(jī)項(xiàng)目部分的發(fā)言人，他告訴BBC新聞稱：“超對稱理論或許還不至于立即死掉，然而近期的這項(xiàng)觀測結(jié)果確實(shí)足以讓它進(jìn)醫(yī)院了。”

超對稱理論預(yù)言現(xiàn)在已經(jīng)被探測到的這些粒子都還存在著質(zhì)量更大的版本。如果這些粒子能夠被找到，那么它將可以幫助解釋諸如暗物質(zhì)等一些現(xiàn)象。觀察顯示星系邊緣部分的旋轉(zhuǎn)速度太快了，是無法用星系中我們見到的這些物質(zhì)的量去解釋的，因此科學(xué)家們認(rèn)為是暗物質(zhì)提供了額外的引力作用。然而他們找不到暗物質(zhì)存在的蹤跡，他們認(rèn)為超對稱粒子可能就是構(gòu)成暗物質(zhì)的一種可能候選者。

然而大型強(qiáng)子對撞機(jī)項(xiàng)目的研究人員們這次則是扎扎實(shí)實(shí)地給了對于希望發(fā)現(xiàn)這類超對稱粒子的人們一個(gè)沉重打擊。

研究人員測量了一種被稱為“Bs介子”的粒子衰變成為兩個(gè)μ介子的過程。這是人們首次觀察到這種現(xiàn)象。事實(shí)上研究人員們計(jì)算指出這種粒子每10億年才會(huì)發(fā)生3次這種衰變。

假如超對稱粒子存在，那么這種衰變的發(fā)生應(yīng)該要頻繁得多。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)超對稱理論的試金石之一，然而這項(xiàng)觀察結(jié)果似乎暗示，這一物理學(xué)界的主流理論事實(shí)上可能是錯(cuò)誤的。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的置信區(qū)間是3.5Σ，這意味著其中存在著1/4300的可能性這一結(jié)果是錯(cuò)誤的，實(shí)驗(yàn)小組觀察到的是假信號，也就是說衰變并沒有發(fā)生，但是他們恰好在數(shù)據(jù)中看到了一個(gè)同樣的信號。這一置信度讓這項(xiàng)研究結(jié)果值得進(jìn)行進(jìn)一步的探討，而一旦置信度達(dá)到或超過5Σ，那么此時(shí)就可以將這一結(jié)果作為一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)予以發(fā)布。

凡·吉布森(Val Gibson)教授來自英國劍橋大學(xué)的LHCb小組，他說這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓他身邊研究超對稱理論的同事們“坐立不安”。

事實(shí)上如果遵循標(biāo)準(zhǔn)模型，是可以自然地推知這項(xiàng)結(jié)果的。之前便已經(jīng)有物理學(xué)家指出，如果存在超對稱粒子，那么項(xiàng)目進(jìn)行到這個(gè)時(shí)候，大型強(qiáng)子對撞機(jī)上的探測器應(yīng)該已經(jīng)探測到了，但事實(shí)是并沒有探測到這樣的粒子。

而如果超對稱理論并非暗物質(zhì)的最終答案，那么理論物理學(xué)家們將不得不重新尋找替代方案來解釋現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)模型中的不足之處。而到目前為止，那些致力于尋找“新物理”的研究人員們都前前后后的鉆進(jìn)了死胡同。

英國劍橋大學(xué)的物理學(xué)家馬克-奧利弗·巴特勒(Marc-Olivier Bettler)博士是此次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析組成員，他表示：“如果新的物理學(xué)存在，那么它一定就隱藏在標(biāo)準(zhǔn)模型的身后。”

此次研究結(jié)果并不能徹底排除超對稱粒子存在的可能性。不過按照帕克斯教授的看法，“這一新的物理學(xué)的躲藏之處正變得越來越少”。

然而超對稱理論的支持者們，如倫敦國王學(xué)院的約翰·艾里斯(John Ellis)教授，他們認(rèn)為這項(xiàng)觀察結(jié)果“事實(shí)上是符合超對稱理論的”。他說：“事實(shí)上，在一些超對稱模型中這是預(yù)料之中的。對于這樣的探測結(jié)果，我晚上可沒有因此睡不著覺。”