世界最强原子对撞机中新亚原子粒子的迹象激发了理论物理学家在过去四个月内撰写了300多篇论文。现在,一家期刊已经发表了其中的四篇,形成了一份简明指南,介绍了对于大型强子对撞机(LHC)收集的数据中神秘异常现象的各种可能解释,这些解释已然成为了一个“理论动物园”。
《物理评论快报》(PRL)的编辑罗伯特·加里斯托在一篇随附的社论中写道:“我们认为,如果数据得到证实,这组文章可以让读者了解解释数据所需的新物理学的类型。”PRL于4月12日发表了这四篇论文。
加里斯托告诉Nature,PRL收到了“相当多”与数据突增相关的投稿。他说,除了通常的同行评审过程外,该期刊还聘请了专家审查所有投稿,以提供非正式建议。
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加利福尼亚州门洛帕克市SLAC国家加速器实验室的理论物理学家迈克尔·佩斯金说,PRL发表的论文涵盖了围绕该粒子的一些最具挑衅性的想法。
光子惊喜
去年,位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心(CERN)的27公里长LHC开始以创纪录的13万亿电子伏特能量对撞质子。12月15日,LHC的两个最大的粒子探测器ATLAS和CMS都报告了超额的成对光子,其总能量为750吉电子伏特(GeV)。
该数据可能代表随机波动。但这并没有阻止理论家们进行权衡。他们的大多数解释都包括存在质量为750 GeV的新粒子,该粒子会衰变为两个光子。瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的理论物理学家克里斯托弗·彼得松说,这样的粒子将“比希格斯玻色子更令人兴奋”——希格斯玻色子在2012年被发现时,已经被粒子物理学的标准模型预测到。此外,大多数理论还预测存在一种或多种其他类型的粒子,其中一些也可能在LHC中被发现。
在四篇新发表的论文之一中,彼得松和他在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的同事里卡多·托雷概述了一种粒子,该粒子与其他粒子的相互作用非常弱,并且存在于被称为超对称性的理论框架内。
奇异夸克
但一些物理学家表示,LHC数据中突增的特定形状——与其他暗示相结合——可能表明存在强相互作用的粒子。另外四篇论文中的一篇提出,许多强相互作用的新粒子是光子过剩的原因。该理论假设一种由两个“奇异”夸克组成的粒子——它们目前不是标准模型的一部分——由类似于强核力的力束缚在一起,以色列雷霍沃特的魏茨曼科学研究所和特拉维夫大学的合著者小尾卓表示。
在第三篇选定的论文中,北京大学的理论家张晨和他的合著者提出,神秘的突增是由一种类似于希格斯玻色子的粒子产生的,但质量是希格斯玻色子的六倍。这已成为物理学家中最流行的解释之一,因为衰变为一对光子是希格斯玻色子的特征之一。
佩斯金认为,四篇论文中最令人惊讶的是佛罗里达大学盖恩斯维尔分校的Doojin Kim和六位合作者的论文,其中三位是CMS团队的理论家。他们提出不存在质量为750 GeV的粒子。相反,两个光子可能代表一个可能质量更大的粒子衰变产生的部分碎片。
物理学家希望目前在停机后重新启动的LHC将有足够的数据,要么使超额现象消失,要么在夏季结束前确认一项历史性发现。与此同时,加州理工学院帕萨迪纳分校的实验粒子物理学家、CMS成员玛丽亚·斯皮罗普卢正在享受这一过程:“很高兴看到理论家们为此绞尽脑汁,来回思考——我喜欢这样。”
本文经许可转载,并于2016年4月20日首次发表。