科學家的新發(fā)現(xiàn)有可能顛覆粒子物理學的標準模型

自從20世紀70年代開發(fā)以來，粒子物理學的標準模型在解釋粒子的相互作用和大多數(shù)基本力量方面一直非常成功。它并沒有涵蓋一切--主要的缺失部分包括暗物質(zhì)甚至是引力--但是它所涵蓋的內(nèi)容非常好，始終經(jīng)得起測試其預測的實驗。

但是現(xiàn)在，一種經(jīng)過充分研究的粒子可能會威脅到這種標準模型。粒子的質(zhì)量可以通過它們與標準模型中其他粒子的關(guān)系來計算，然后這種預測的質(zhì)量可以與粒子對撞機中的實際測量結(jié)果進行比較，以測試標準模型的內(nèi)部一致性。這個過程現(xiàn)在導致了一個重大的差異，這要歸功于一個叫做W玻色子的不起眼的粒子。

W玻色子是攜帶弱力的基本粒子，調(diào)解像太陽中工作的那些核過程。根據(jù)標準模型，它們的質(zhì)量與希格斯玻色子和一個叫做頂夸克的亞原子粒子的質(zhì)量有關(guān)。在一項新研究中，美國能源部費米實驗室對撞機探測器（CDF）合作的近400名科學家花了十年時間研究了從 Tevatron對撞機26年的數(shù)據(jù)中收集的420萬個W玻色子候選者。從這個寶庫中，該團隊能夠?qū)玻色子的質(zhì)量計算到0.01%以內(nèi)，使其比之前的最佳測量結(jié)果精確了一倍。

根據(jù)他們的計算，W玻色子的最新質(zhì)量測量的中心值和不確定度為80433±9MeV/c2。這在以前的一些測量范圍內(nèi)，但遠遠超出了標準模型的預測范圍，標準模型認為它的質(zhì)量為80357±6MeV/c2。

進一步鞏固了這一反常現(xiàn)象，研究人員最近還使用大型強子對撞機的數(shù)據(jù)測量了W玻色子的質(zhì)量，并在1月份發(fā)表了一篇論文。一些沒有參與這項研究的物理學家更愿意站在標準模型一邊，這是可以理解的。

實驗物理學家Martin Grünewald在《科學》雜志的一篇報道中說：“所有這些測量都聲稱測量的是同一個量。一定有人，我不會說是錯的，但也許是犯了一個錯誤，或者把誤差評估推得太厲害了?！?/p>

但是新的CDF分析的科學家們說，他們用來得出數(shù)字的程序經(jīng)過了多年的適當審查。事實上，在這些質(zhì)量檢查完成之前，最終的測量值被隱藏在分析儀中。

CDF分析的主要作者Ashutosh Kotwal說：“我們的結(jié)果所涉及的改進和額外檢查的數(shù)量是巨大的。我們考慮到了我們對粒子探測器的改進理解，以及對W玻色子與其他粒子相互作用的理論和實驗理解方面的進展。當我們最終公布結(jié)果時，我們發(fā)現(xiàn)它與標準模型的預測不同。”

如果新的數(shù)字得到驗證，它可能暗示著標準模型之外的未知粒子或新的物理學，它們正在干擾預期的相互作用。畢竟，研究人員已經(jīng)知道這個框架是不完整的，而進一步的調(diào)查可能有助于揭開這個謎團。

“現(xiàn)在要靠理論物理學界和其他實驗來跟進并揭開這個謎團，”CDF聯(lián)合發(fā)言人David Toback說?！叭绻麑嶒炛岛皖A期值之間的差異是由于某種新的粒子或亞原子相互作用造成的，這也是可能性之一，那么很有可能是在未來的實驗中可以發(fā)現(xiàn)的東西?！?/p>

這項研究發(fā)表在《科學》雜志上。