大型强子对撞机新粒子希望破灭

去年探测到的可能具有革命性的新粒子的可疑信号被证明是侥幸

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几个月来,物理学界一直充斥着关于一种潜在的新亚原子粒子的传言,这种粒子可能会彻底改变我们对物理学的整个看法。但是,来自大型强子对撞机(LHC)的物理学家今天提出的新结果暂时扼杀了这场革命。 

2015年12月,大型强子对撞机(LHC)的两个独立实验ATLAS和CMS各自宣布了他们数据中同样的诱人怪异之处,首次出现了新粒子的初步迹象。这两项实验都以接近光速的速度将质子撞击在一起,寻找由巨大的高能碰撞产生的新基本粒子。当他们将能量提升到迄今为止的最高水平时,这两项实验都探测到一个神秘的信号:比预期更多的能量为750吉电子伏特(GeV)的光子对。

这种“双光子隆起”并不是物理学标准模型的预测——标准模型是20世纪70年代建立的经过严格检验且非常成功的理论,它包含了所有已知的基本粒子和力。然而,尽管标准模型取得了成功,但它并没有解释黑洞核心的奥秘、暗物质和暗能量的本质、引力的量子行为以及宇宙的其他深层奥秘。凭借他们共享的双光子隆起,ATLAS和CMS似乎即将窥探标准模型陈旧框架之外的物理学。几周之内,这个小小的隆起激发了理论家们数百篇推测性论文。“在大型强子对撞机上,物理学家们正在非常 интенсивно 寻找新的粒子和新的物理定律,因此很容易对看似非常令人信服的东西感到兴奋,”斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的理论物理学家迈克尔·佩斯金说。


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无论是什么产生了微小的双光子隆起,它都无法完全融入任何理论。许多科学家认为,这种隆起是由希格斯玻色子的一个较重的“表亲”产生的,希格斯玻色子是另一种粒子,大约四年前也以类似的方式在数据中以令人惊讶的“一闪”形式出现。其他人则认为,它可能是一种暗物质粒子,甚至是广受赞誉的引力子,即预测的引力载体粒子。

但是,随着大型强子对撞机(LHC)的科学家们今年开始收集更多数据,750 GeV 的双光子隆起开始消失。现在,在分析了近五倍于去年数据量的数据后,ATLAS和CMS物理学家们已经看到隆起减小到统计学上的不显着。粒子物理学家和ATLAS发言人戴夫·查尔顿在芝加哥举行的国际高能物理学会议上表示,当查看所有数据时,750GeV 信号现在的显着性仅为 2 sigma,远低于物理学中确认新发现所需的 5 sigma(或 350 万分之一的几率)。简而言之,双光子隆起是虚惊一场。“令人有点惊讶的是,我们在两种仪器上都看到了波动,但这仅仅是——波动或统计学上的侥幸,”查尔顿说。

在大型强子对撞机(LHC)的数据中看到异常现象并不罕见。对撞机将如此多的质子碰撞在一起并产生如此多的原始数据,以至于偶尔在残骸中发现额外的光子对是必然会发生的。“如果你进行很多很多次搜索,你就会遇到这类巧合,”LHCb合作组织的成员盖伊·威尔金森说。

尽管双光子隆起在更仔细的审查下已经消失,但研究人员仍然乐观地认为,大型强子对撞机(LHC)仍将引导他们找到超越标准模型的新物理学。这个数十亿美元的项目还有多年的运行时间,在此期间,它将产生更多的数据供物理学家解析,以寻找难以捉摸的新粒子。“如果我们在早期阶段就发现了一些东西,一些新现象或某种新的物质状态,那我们将非常幸运,”CMS物理学家蒂齐亚诺·坎波雷西说。“但我们必须要有耐心。”

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