科學家的新發現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甚至是引力--但是它所涵蓋的內容非常好，始終經得起測試其預測的實驗。

但是現在，一種經過充分研究的粒子可能會威脅到這種標準模型。粒子的質量可以通過它們與標準模型中其他粒子的關系來計算，然后這種預測的質量可以與粒子對撞機中的實際測量結果進行比較，以測試標準模型的內部一致性。這個過程現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，調解像太陽中工作的那些核過程。根據標準模型，它們的質量與希格斯玻色子和一個叫做頂夸克的亞原子粒子的質量有關。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年的數據中收集的420萬個W玻色子候選者。從這個寶庫中，該團隊能夠將W玻色子的質量計算到0.01%以內，使其比之前的最佳測量結果精確了一倍。

根據他們的計算，W玻色子的最新質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，但遠遠超出了標準模型的預測范圍，標準模型認為它的質量為80357±6MeV/c2。

進一步鞏固了這一反常現象，研究人員最近還使用大型強子對撞機的數據測量了W玻色子的質量，并在1月份發表了一篇論文。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。”

但是新的CDF分析的科學家們說，他們用來得出數字的程序經過了多年的適當審查。事實上，在這些質量檢查完成之前，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：“我們的結果所涉及的改進和額外檢查的數量是巨大的。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。當我們最終公布結果時，我們發現它與標準模型的預測不同。”

如果新的數字得到驗證，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，研究人員已經知道這個框架是不完整的，而進一步的調查可能有助于揭開這個謎團。

“現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聯合發言人David Toback說。“如果實驗值和預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現的東西。”

這項研究發表在《科學》雜志上。