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物理学家宣布的结果为新的基础物理学提供了有力的证据

数码IT 时间:2021-10-20 16:50:08

欧洲核子研究中心LHCb实验公布的结果进一步揭示了我们目前的基础物理理论无法解释的现象。

2020年3月,同一个实验发布了粒子打破标准模型的核心原则之一的证据——我们最好的粒子和力理论——表明可能存在新的基本粒子和力。

现在,剑桥卡文迪什实验室物理学家的进一步测量也发现了类似的效应,为新物理学的出现提供了依据。

标准模型描述了构成宇宙的所有已知粒子及其相互作用的力。迄今为止,它已经通过了所有的实验测试,但物理学家知道它一定是不完整的。它不包括重力,也不能解释物质是如何在大爆炸期间产生的,也不包含任何粒子可以解释神秘的暗物质,天文学告诉我们,暗物质的含量是构成我们周围可见世界的物质的五倍。

因此,物理学家们长期以来一直在寻找超越标准模型的物理迹象,以帮助我们解决其中一些谜团。

寻找新粒子和力的最佳方法之一是研究被称为美丽夸克的粒子。它们是构成每个原子核的上下夸克的异国表亲。

美丽夸克在世界上并不大量存在,因为它们在转化或衰变为其他粒子之前的平均寿命非常短,仅为万亿分之一秒。然而,CERN的巨型粒子加速器——大型强子对撞机——每年产生数十亿个美丽夸克,并由专门建造的名为LHCb的探测器记录下来。

夸克衰变的方式会受到未发现的力或粒子的影响。三月份,LHCb的一个物理学家小组公布了结果,表明美夸克衰变为μ子粒子的频率低于其较轻的近亲电子。这在标准模型中是无法解释的,标准模型将电子和μ子等同对待,除了电子比μ子轻200倍之外。因此,美丽的夸克应该以相同的速率衰变为μ子和电子。相反,LHCb的物理学家发现μ子衰变的发生频率只有电子衰变的85%左右。

LHCb结果与标准模型之间的差异约为三个实验误差单位,即粒子物理学中的“3西格玛”。这意味着只有千分之一的可能性是由统计上的侥幸造成的。

假设结果是正确的,最有可能的解释是,一种新的力拉着不同强度的电子和μ子,干扰了这些美丽的夸克如何衰变。然而,为了确定这种效应是否真实,需要更多的数据来减少实验误差。只有当结果达到“5西格玛”阈值时,当少于一百万的几率是由于偶然的机会时,粒子物理学家才开始认为它是一个真正的发现。

卡文迪什实验室的哈里·克利夫博士说:“事实上,我们已经看到了与我们的同事在三月份所看到的相同的效果,这无疑增加了我们可能真正处于发现新事物的边缘的机会。”。“在这个谜题上多透露一点信息真是太好了。”

今天的结果检查了两个新的美丽夸克衰变,它们来自于三月结果中使用的同一衰变家族。研究小组发现,μ介子衰变发生的频率与电子衰变发生的频率只有70%左右。这一次误差更大,这意味着偏差约为“2西格玛”,这意味着由于数据的统计特性,偏差的可能性略高于2%。虽然结果本身并不是决定性的,但它确实为越来越多的证据提供了进一步的支持,即有新的基本力量有待发现。

同样来自卡文迪什实验室的瓦尔·吉布森教授说:“大型强子对撞机的兴奋之情与日俱增,升级后的LHCb探测器即将开启,收集的进一步数据将为宣称或反驳重大发现提供必要的统计数据。”。

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