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挑战粒子物理标准模型的μ子,被最新实验结果摁回去了

时间:2023-03-17 14:24:56 科技观察

挑战粒子物理学标准模型的介子,被最新的实验结果推了回去。曾被认为“打破标准模型”的介子被科学家们推了回去。在对实验数据进行严格审查后,欧洲LHCb团队承认之前的分析存在问题:事实上,结果与标准模型的预测是一致的。要知道一旦这一重磅发现被证实,很可能会出现推翻标准模型的新理论,甚至整个粒子物理体系都将被改写。然而,这一系列的结果再次被证明是不可靠的——所谓“μ介子异常”的关键证据就是一系列细微的错误造成的。LHCb团队发言人、英国曼彻斯特大学物理学家克里斯帕克斯解释说:在早期的测量中,科学家们错误地将一些其他粒子识别为电子。虽然大型强子对撞机(LHC)擅长捕获μ子,但检测电子对它们来说要困难得多。对于许多试图推翻现有理论的物理学家来说,这可不是什么好消息。但即便如此,他们也没有放弃探索新理论的尝试。一度被认为颠覆标准模式。标准模型是解释夸克、电子等微观粒子的物理模型。它被认为是历史上最成功的物理理论之一。自10年前发现希格斯玻色子以来,标准模型预测的所有粒子都被发现了。根据标准模型的预测,不同的带电轻子——电子、μ介子和陶子,这三种粒子只是质量不同,其他性质(如电荷、自旋等)应该是完全一样的。此属性称为亮度。子风味普遍性(LFU)。但LHCb团队一直在努力寻找其中违反标准模型的异常现象,并且在过去几年中,他们发表了大量论文,建议进行可能违反LFU的测量。例如,在2021年的一篇论文中,该团队基于LFU理论研究了B介子关于Kaons的衰变过程。本来这个过程中电子和μ子的概率应该是相等的,但是测量发现μ子的概率是电子的85%,置信度达到三个标准差(3σ)。它仍然低于可用于宣称重大发现的5σ水平,但已经足够令人惊讶了。但是,经过一年的长期审查,LHCb团队发现实验结果存在问题。在重新检查有关kaon的B介子衰变过程的数据时,LHCb团队意识到这种异常是细微错误组合的结果。他们在12月20日的CERN座谈会上公开了这一结果,这也让许多物理学家感到惊讶。苏黎世大学理论物理学家GinoIsidori表示,结果确实出乎意料,因为异常值看起来确实可能意味着存在“以前看不见的粒子”:我对这个结果感到遗憾,但LHCb是“老实说”的公开结果还是值得称赞的。制造μ子一直被用来研究μ子。事实上,给科学家制造“恐慌”已经是μ子的常规操作了。但由于它仍然是打破标准模型的最大希望之一,物理学家没有放弃它的计划。最近发表在《自然》子刊上的一项新研究表明,科学家们正在寻找一种新的方法来测量μ介子的特性,即产生强烈的μ介子束以减少统计误差。其中,μ介子,又称μ介子(符号Mu,muonium),是一种奇特的原子,电子围绕正μ子旋转,是非常适合研究μ子的模型。制造大量的muonin并不容易,但瑞士PaulScherrer研究所(PSI)和苏黎世联邦理工学院的科学家们成功地做到了这一点。他们使用微波和激光探测了在低能μ子光束线上形成的μ子元素的特性,首次测量了μ子元素中某些非常特定的能量量子能级之间的跃迁。该团队的下一个目标是对μ子进行称重,即以更高的精度进一步称量μ子的质量,作为计算其他实验常数的基础。研究人员表示:如果实验顺利,我们可能会将测量精度再提高100倍。在这一系列的测量中,还有可能发现有关μ子的新特性,这可能会再次“挑战”标准模型。论文地址:[1]https://arxiv.org/abs/2212.09153[2]https://arxiv.org/abs/2212.09152