物理學家探測到罕見粒子衰變 或顛覆超對稱理論-科教臺-中國網絡...

2020-11-23 科教臺

粒子物理學中的標準模型

一個Bs介子衰變成為兩個μ介子，這種現象極其罕見

　　新浪科技訊 北京時間11月14日消息，據英國廣播公司(BBC)報導，物理學家們近期探測到了自然界中最罕見的粒子衰變現象之一。這項發現對於現行的物理學理論，即超對稱理論將是一項重大打擊。

　　超對稱理論之所以獲得流行，是因為它很好地構成了對現有描述亞原子粒子性質的標準模型的修正。它可以解釋標準模型中存在的一些缺陷。而近日在日本京都舉行的強子對撞機物理學會議上研究人員們報告的一項發現和超對稱理論的諸多最可能的模型不符，研究人員們將於近期發表有關這一結果的論文。

　　克裡斯·帕克斯(Chris Parkes)教授是英國參與大型強子對撞機項目部分的發言人，他告訴BBC新聞稱：「超對稱理論或許還不至於立即死掉，然而近期的這項觀測結果確實足以讓它進醫院了。」

　　超對稱理論預言現在已經被探測到的這些粒子都還存在著質量更大的版本。如果這些粒子能夠被找到，那麼它將可以幫助解釋諸如暗物質等一些現象。觀察顯示星系邊緣部分的旋轉速度太快了，是無法用星系中我們見到的這些物質的量去解釋的，因此科學家們認為是暗物質提供了額外的引力作用。然而他們找不到暗物質存在的蹤跡，他們認為超對稱粒子可能就是構成暗物質的一種可能候選者。

　　然而大型強子對撞機項目的研究人員們這次則是扎紮實實地給了對於希望發現這類超對稱粒子的人們一個沉重打擊。

　　研究人員測量了一種被稱為「Bs介子」的粒子衰變成為兩個μ介子的過程。這是人們首次觀察到這種現象。事實上研究人員們計算指出這種粒子每10億年才會發生3次這種衰變。

　　假如超對稱粒子存在，那麼這種衰變的發生應該要頻繁得多。這項實驗是檢驗超對稱理論的試金石之一，然而這項觀察結果似乎暗示，這一物理學界的主流理論事實上可能是錯誤的。

　　這項實驗結果的置信區間是3.5Σ，這意味著其中存在著1/4300的可能性這一結果是錯誤的，實驗小組觀察到的是假信號，也就是說衰變並沒有發生，但是他們恰好在數據中看到了一個同樣的信號。這一置信度讓這項研究結果值得進行進一步的探討，而一旦置信度達到或超過5Σ，那麼此時就可以將這一結果作為一項發現予以發布。

　　凡·吉布森(Val Gibson)教授來自英國劍橋大學的LHCb小組，他說這項實驗結果讓他身邊研究超對稱理論的同事們「坐立不安」。

　　事實上如果遵循標準模型，是可以自然地推知這項結果的。之前便已經有物理學家指出，如果存在超對稱粒子，那麼項目進行到這個時候，大型強子對撞機上的探測器應該已經探測到了，但事實是並沒有探測到這樣的粒子。

　　而如果超對稱理論並非暗物質的最終答案，那麼理論物理學家們將不得不重新尋找替代方案來解釋現有標準模型中的不足之處。而到目前為止，那些致力於尋找「新物理」的研究人員們都前前後後的鑽進了死胡同。

　　英國劍橋大學的物理學家馬克-奧利弗·巴特勒(Marc-Olivier Bettler)博士是此次實驗項目的數據分析組成員，他表示：「如果新的物理學存在，那麼它一定就隱藏在標準模型的身後。」

　　此次研究結果並不能徹底排除超對稱粒子存在的可能性。不過按照帕克斯教授的看法，「這一新的物理學的躲藏之處正變得越來越少」。

　　然而超對稱理論的支持者們，如倫敦國王學院的約翰·艾裡斯(John Ellis)教授，他們認為這項觀察結果「事實上是符合超對稱理論的」。他說：「事實上，在一些超對稱模型中這是預料之中的。對於這樣的探測結果，我晚上可沒有因此睡不著覺。」(晨風)

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