物理學輕子試驗或顛覆基本科學概念

2020-12-17 中文業界資訊站

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目前,粒子物理學界的三臺粒子對撞機在不同的條件下得到類似的輕子(leptons)實驗結果,引發科學家重新思考物理學基本概念——「標準模型」,以及宇宙的基本理論。

在日內瓦大型強子對撞機(LHC)中,粒子的對撞模式圖。

據美國生命科學網(Livescience)9月10日報導,《物理評論快報》(Physical Review Letters)近日發表粒子物理學的對撞實驗研究論文,描述日內瓦大型強子對撞機觀測到,B介子(B meson)衰敗為兩種電子樣的粒子——緲中微子(muon)、陶中微子(tau lepton)的機率不一致。因此有可能打破40年來的物理基本概念——標準模型(Standard Model)。

該理論認為,宇宙間的強力、弱力及電磁力為三種基本力,是宇宙中所有基本粒子相互組合的基石。該模型到目前為止,幾乎得到所有實驗結果的驗證,如觀測中微子以至2012年所確認所預測的希格斯玻色子(Higgs boson)等等。

標準模型中,宇宙的最基本粒子分為夸克(六種)、輕子(六種)、規範玻色子(四種)以及希格斯玻色子(一種)。它們構成了我們原子中的電子、質子中子等稍大一些的粒子。

基本粒子。

雖然該標準模型無法將愛因斯坦的廣義相對論納入其中,而且不能解釋暗物質等,但是大部分科學家仍堅信其正確性和完備性。

報導說,目前僅在輕子中得到出乎意料的數據,馬裡蘭大學(University of Maryland)的粒子物理學家哈桑‧賈瓦赫裡(Hassan Jawahery)解釋:「這只是個小小的提示,還不能太高興,需要有更多的發現。」

但是,科學家在其他兩個完全不同試驗條件下,也得到類似的結果。史丹福大學的BaBar試驗中,也發現陶中微子-輕子-渺子的產生機率不均一。史丹福大學的物理學家薇拉‧露絲(Vera Luth)說:「(日內瓦的)那個實驗結果和我們的完全一致。我們非常興奮,因為這不是一種不穩定結果。實際的觀測是正確的。」

日本的高能加速器(KEK-B)原子對撞實驗的B介子工廠(B-Factory)也發現類似的偏差。

報導說,美國勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的理論物理學家佐丹‧李吉迪(Zoltan Ligeti)認為,這些是完全不同的試驗方法得到相似的結果。

但是,現在下結論為時過早,微觀物理世界充滿變數。在更多的試驗中,不一定能得到穩定的試驗結果。

李吉迪說:「(如果有更多類似的實驗結果),那麼我們的理論以及對世界的認識就會發生極其根本的轉變。因為(實驗結果)和標準模型完全不相符,以至於超出人們的預料。」

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