跃迁的轻夸克！

粒子物理学家再次处于紧张不安的状态。德国汉堡实验室的两个独立小组对一种奇异新粒子的初步观测，在研究人员中引起了极大的兴奋——尽管其中夹杂着谨慎。在过去的二十年中，实验学家仅仅证实了标准模型的预测——该模型描述了除引力之外的所有粒子和力的行为——而不是揭示任何真正意想不到的现象。

当伊利诺伊州巴达维亚附近的费米实验室的粒子加速器研究人员在1995年证实了顶夸克的存在时，对于许多旁观者来说，这一事件的戏剧性堪比前苏联的选举之夜。夸克是构成质子和中子的基本单元。标准模型要求顶夸克存在——以及之前检测到的其他五个夸克——很少有理论家真正怀疑自然界会不遵守这一要求。

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一年前，费米实验室出现了更耐人寻味的结果。对质子之间一些异常碰撞的初步分析表明，它们的组成夸克可能由更小、更基本的实体组成——这直接违反了标准模型。然而，在随后的分析中，“亚夸克”消失了；理论家们表明，通过微小的调整，标准模型可以很容易地解释这些数据。

许多物理学家祈祷在德国电子同步加速器（DESY，发音为“daisy”）的新数据中不会发生同样的事情。DESY拥有强子电子环装置（HERA），这是一个将质子与正电子（电子的反物质版本）碰撞的加速器。去年秋天，运行HERA两个探测器（称为ZEUS）的团队独立地注意到，一些碰撞产生了奇怪的结果：正电子似乎与碰撞中产生的夸克融合，从而（即使在极短的瞬间）形成一种全新的粒子。

尽管这两个结果本身在统计上都不显著，但它们加在一起似乎足以引起更广泛的群体的注意。事实上，如果这个发现成立，那将是意义非凡的。原子由两种基本粒子组成：轻子（包括电子和正电子）和夸克。HERA的结果提供了粒子结合这两类粒子特征的第一个证据——轻夸克。

这两个团队向期刊《Zeitschrift fuer Physik C》提交了单独的论文。DESY的一位发言人表示，这些论文刚刚被接受，应该很快在同一期中发表。与此同时，为了回应不断涌现的传言，HERA调查人员在2月下旬在互联网上发布了他们的报告的重印本。已经出现了数十篇未经审查的、推测HERA数据的论文。

某些大统一理论（称为GUT）预测了轻夸克；它们假设电弱力（解释电磁和核衰变）和强力（将夸克结合在一起）之间存在潜在的统一性。但伦敦大学学院的大卫·米勒指出，如果轻夸克确实存在于HERA达到的能量水平，宇宙中所有的质子现在都已经衰变了。

轻夸克也出现在某些版本的超对称中；这种备受喜爱但仍未得到证实的理论假设了传递力的粒子和承载质量的粒子之间存在潜在的统一性。不幸的是，HERA的结果将支持一个相当笨拙且因此不受欢迎的超对称版本。理论家们还提出，HERA的观测结果可能来自亚夸克，或者来自一种在高能量下耦合夸克和正电子的新力。

HERA的研究人员预计，到今年年底，他们将有足够多的额外数据来排除或证实其中的一些假设。ZEUS团队的发言人艾伦·考德威尔表示，有1%的可能性，“轻夸克”将被证明是标准模型可以容纳的统计波动。尽管这个概率似乎很小，但他指出，考虑到类似观测的历史，它仍然必须被认为是可能性最大的结果。

新泽西州普林斯顿高级研究所的弗兰克·维尔切克对HERA的报告足够重视，以至于与人合著了一篇关于其理论意义的论文。但他表示，考虑到先前实验施加的所有其他约束，这些意义所引起的解释甚至会让粒子物理学家都觉得过于奇怪而难以置信。“无论什么是真的，都对物理学有好处，”威尔切克说。“但这不是任何人想要的结果。”37岁的考德威尔自职业生涯以来一直“与标准模型共存”，他对此表示反对。他指出，他这一代人从未体验过完全新的、意想不到的发现的刺激。“让我们希望这一次不会消失，”他说。