来自世界最大粒子加速器大型强子对撞机 (LHC) 的一项一度充满希望的新物理学迹象已经消失，这粉碎了物理学家们对重大发现的最大希望之一。
明显的异常是电子和它们质量更大的表亲μ子在某些粒子的衰变中出现时，其行为之间存在意外的差异。
但来自欧洲核子研究中心 (CERN)（欧洲的粒子物理实验室，位于瑞士日内瓦附近，是大型强子对撞机的所在地）LHCb 实验的最新结果表明，电子和μ子的产生速率最终还是相同的。
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“我的第一印象是，分析比以前更加可靠，”瑞士苏黎世大学的实验粒子物理学家弗洛伦西亚·卡内利说，她是另一个大型强子对撞机实验的高级成员。她说，它揭示了许多令人惊讶的微妙之处是如何共同导致了明显的异常现象。
洛桑瑞士联邦理工学院的 LHCb 物理学家雷纳托·夸利亚尼于 12 月 20 日在欧洲核子研究中心的一次研讨会上报告了这些结果，该研讨会吸引了 700 多名在线观众。LHCb 合作组织还在 arXiv 存储库上发布了两篇预印本。
不平衡衰变
LHCb 于 2014 年首次报告了μ子和电子产生中存在的微弱差异。当质子碰撞产生称为 B 介子的大质量粒子时，这些粒子会迅速衰变。最常见的衰变模式产生另一种类型的介子，称为 K 介子，以及成对的粒子及其反粒子——电子和正电子或μ子和反μ子。标准模型预测这两种类型的粒子对应该以大致相同的频率出现，但 LHCb 数据表明，电子-正电子对的出现频率更高。
粒子物理实验经常产生早期结果，这些结果略微偏离标准模型，但随着实验收集更多数据，结果证明是统计上的侥幸。但这次没有发生这种情况。相反，随着时间的推移，B介子异常现象似乎变得更加明显，达到了称为 3 西格玛的置信水平——尽管它仍然没有达到通常用于声称发现的显着性水平，即 5 西格玛。对 B 介子的大量相关测量也揭示了与基于粒子物理标准模型的理论预测的偏差。
本周报告的结果包括比之前 LHCb 测量的B介子衰变更多的数据，以及对可能存在的混淆因素的更彻底研究。LHCb 发言人、英国曼彻斯特大学的物理学家克里斯·帕克斯说，早期涉及 K 介子的测量中出现的明显差异部分是由于将其他一些粒子误认为电子造成的。尽管大型强子对撞机实验擅长捕捉μ子，但电子对它们来说更难探测。
重新聚焦搜索
这个结果可能会让许多理论家感到失望，他们花费了大量时间试图提出可以解释这些异常现象的模型。“我确信人们会希望我们找到标准模型中的裂缝，”帕克斯说，但最终，“你用你拥有的数据做最好的分析，然后看看大自然给你什么”，他说。“这才是科学的真正运作方式。”
虽然最新的结果已经传闻了几个月，但其证实仍然令人惊讶，苏黎世大学的理论物理学家吉诺·伊西多里（他参加了欧洲核子研究中心的会谈）说，因为一个连贯的图景似乎正在从相关的异常现象中浮现出来。这可能指向先前未见过的基本粒子的存在，这些粒子会影响 B 介子的衰变。伊西多里赞扬 LHCb 合作组织“诚实地”承认其先前的分析存在问题，但他感到遗憾的是，合作组织花了这么长时间才发现这些问题。
然而，伊西多里补充说，包括一些在不涉及 K 介子的 B 介子衰变中记录的其他异常现象，仍然可能是真实的。“并非一切都失去了。”
伦敦玛丽女王大学的实验物理学家马塞拉·博纳也同意，她也是另一项大型强子对撞机实验的成员。“看起来理论家们已经在考虑如何安慰自己并重新聚焦。”
新物理学的剩余希望迹象包括一项测量，该测量发现被称为 W 玻色子的粒子的质量大于预期，该结果于 4 月份宣布。但是，另一个也涉及μ子的异常现象可能正在消失。μ子的磁矩似乎比标准模型预测的要强，但是最新的理论计算表明，它毕竟不是。相反，这种差异可能源于对标准模型预测的误算。
本文经许可转载，并于2022 年 12 月 20 日首次发表。