编者注（2021年10月19日）：2021年10月19日，LHCb物理学家公布了另外两项小的异常现象，这些异常现象延续了“缺失”缪子的奇怪模式，共同暗示这些奇异的亚原子粒子的产生率低于预期。 随着进一步的验证，这些结果可能成为通往超越标准模型的新物理学的最有希望的途径。
如果美在旁观者眼中，那么请考虑一个引人入胜的新结果正在迷惑世界各地的粒子物理学家。 具体而言，科学家们对来自 LHCb（大型强子对撞机 beauty）探测器的新鲜数据感兴趣，该实验研究B介子（包含美丽夸克的粒子）的衰变。 在周二举行的年度 Rencontres de Moriond 会议的虚拟会议期间，近 1,000 名物理学家观看了 LHCb 合作组织宣布证据，证明电子及其更重的表亲缪子的行为存在无法解释的差异。
根据标准模型——描述基本粒子及其服从的力（不包括引力）的理论——轻子（如电子和缪子）除了质量外，完全相同。 因此，B 介子衰变为一个 kaon 和两个缪子的速率应该与衰变为一个 kaon 和两个电子的速率相同。 然而，LHCb 观察到这种罕见的美丽衰变存在差异：B 介子衰变为缪子的频率似乎比衰变为电子的频率低 15%。
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
“这项新测量当然很有趣，”德国卡尔斯鲁厄理工学院的理论物理学家莫妮卡·布兰克说，她没有参与这项新研究。“如果最终通过实验证实，那么实际上存在某种超越标准模型的东西，可以区别对待轻子味。”
物理学家长期以来一直想知道缪子、电子和其他轻子除了质量之外是否还存在差异；最新的 LHCb 结果表明答案可能是肯定的。 该发现的统计显著性为 3.1 sigma，符合粒子物理学中证据的标准基线。 准确地说，3.1 sigma 意味着在没有新物理学的情况下，统计波动仍然会导致研究人员看到电子和缪子之间的差异15% 或更多，每 740 次实验中发生一次。 尽管这似乎表明观察到的缪子-电子差异几乎肯定不仅仅是海市蜃楼，但三 sigma 效应实际上远未达到粒子物理学发现的金标准：五 sigma，这意味着在看到如此大的统计侥幸之前，需要进行 340 万次实验。 （这些数字与出错的 740 分之一或 340 万分之一的机会微妙但重要地不同。）
为什么要对统计如此大惊小怪？ 在 LHCb 和其他实验中，多年来，电子和缪子之间出现了许多二 sigma 和三 sigma 的差异。 但到目前为止，这些结果都没有站得住脚：一旦收集到更多数据，轻子之间的差异就消失了，标准模型取得了胜利。
“如果只有一个，我就不会太兴奋。 我见过其他异常现象消失，”苏黎世大学的理论物理学家吉诺·伊西多里说，他没有参与这项研究。 但他对最新的 LHCb 结果感到鼓舞，因为它遵循了其他测量的模式，这些测量也暗示了电子和缪子之间的差异。 对于伊西多里和其他粒子物理学家来说，这足以让他们谨慎地兴奋。
美之物
LHCb 位于法国和瑞士的边境，是大型强子对撞机 (LHC) 17 英里环线上的众多探测器之一。 尽管 LHCb 也关注质子-质子碰撞的结果，但其重点是极其罕见的衰变，例如 B 介子的衰变。
“罕见衰变是寻找重粒子的另一种方法，”LHCb 的粒子物理学家帕特里克·科彭堡说。 LHC 成功地强力搜索希格斯玻色子，将质子撞击在一起并寻找碎屑中新粒子的迹象，而 LHCb 则关注百万分之一事件中的微小变化。 也就是说，B 介子的罕见衰变不会直接产生新粒子——缪子和 kaon 都是旧事物——但衰变发生的速率可能取决于重型、尚未见过的粒子在幕后影响结果。 例如，在 1960 年代，kaon 的罕见衰变暗示了魅力夸克的存在，然后才被直接发现。 LHCb 旨在从干草堆中挑出这些针。 但即便如此，这项工作仍然很困难，并且充满了实验不确定性。
此外，还需要考虑理论上的不确定性：研究人员将结果与之比较的标准模型预测。 围绕最新 LHCb 结果的部分兴奋之处在于，特定的 B 介子衰变是“干净的”——它的理论不确定性非常小。 消除一个误差来源使得更容易看出电子和缪子之间的差异是否真实。
自 1970 年代标准模型问世以来，理论物理学家已经提出了模型，以新粒子的形式解释这种差异。 两个最主要的候选者是 Z'（发音为“zee prime”）——现有 Z 玻色子的变体——以及 leptoquark，一种将轻子和夸克联系起来的粒子。 在未来几天和几周内，理论家将使用最新的结果来更新他们的模型——事实上，在 LHCb 结果公布不到 24 小时内，已经发布了三篇预印本论文。
但是，这种罕见衰变的物理学远未确定，在可以将新粒子声称为罪魁祸首之前，还需要更多数据。 验证的最佳选择将是日本的 Belle II 实验。 参与 Belle II 的研究员中尾美彦预计，大约需要五年时间才能赶上 LHCb 的灵敏度。
目前，LHCb 已关闭进行维护。 但根据科彭堡的说法，当它明年重新开放并升级探测器后，它可以在短短一年内将过去十年收集的所有数据翻倍。 在即将到来的四月份，来自伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的 Muon g-2 实验的结果也可能阐明轻子之间的差异。
物理学家意识到，这个最新的结果——数据中的一个峰值——很可能只是统计波动。 在经历了多次失望之后，他们现在小心翼翼地对冲他们的赌注，试图避免传达确定性或过度的炒作。
但如果它是真实的——那将是美好的。