新基础物理学？ 大型强子对撞机实验中无法解释的现象

实验完全重建。 被识别为介子、介子等的粒子以不同的颜色显示。 信用：欧洲核子研究中心，LHCb 合作

大型强子对撞机实验 (LHCb) 实验公布的结果 欧洲核子研究中心 揭示了我们当前的基础物理学理论无法解释的现象的进一步线索。

现在， 进一步测量 剑桥卡文迪许实验室的物理学家发现了类似的效果，为新物理学提供了依据。

标准模型描述了构成宇宙的所有已知粒子以及它们相互作用的力。 它已经通过了迄今为止的所有实验测试，但物理学家知道它一定是不完整的。 它不包括重力，也不能解释物质是如何产生的 Big Bang，并且不包含任何可以解释天文学告诉我们的神秘暗物质比构成我们周围可见世界的物质丰富五倍的粒子。

因此，物理学家长期以来一直在寻找超出标准模型的物理迹象，这可能有助于我们解决其中的一些谜团。

一个以最好的方式 搜索、 新粒子和新力的目标是研究被称为美夸克的粒子。 这些是构成每一个宇宙原子核的上夸克和下夸克的奇异表亲。 原子.

美夸克在世界各地并不大量存在，因为它们的寿命非常短——在转化或衰变成其他粒子之前，它们平均只存活一万亿分之一秒。 然而，欧洲核子研究中心的巨型粒子加速器大型强子对撞机每年都会产生数十亿个美夸克，这些夸克由一个名为 LHCb 的专用探测器记录下来。

美夸克衰变的方式会受到未发现的力或粒子的影响。 今年 200 月，LHCb 的一组物理学家发布了结果，显示有证据表明美夸克衰变为称为 μ 子的粒子的频率低于其较轻的表亲电子。 这在标准模型中是不可能解释的，标准模型将电子和介子一视同仁，除了电子比介子轻约 85 倍这一事实之外。 因此，美夸克应该以相同的速率衰变为 μ 子和电子。 相反，LHCb 的物理学家发现 μ 子衰变的发生频率仅为电子衰变的 XNUMX% 左右。

LHCb 结果和标准模型之间的差异大约是三个单位的实验误差，即粒子物理学中已知的“3 sigma”。 这意味着结果由统计侥幸引起的几率只有千分之一左右。

假设结果是正确的，最可能的解释是，一种拉动不同强度电子和 μ 子的新力量正在干扰这些美夸克的衰变方式。 但是，要确定效果是否真实，需要更多的数据来减少实验误差。 只有当结果达到“5 sigma”阈值时，即由于随机机会导致的概率低于百万分之一时，粒子物理学家才会开始将其视为真正的发现。

卡文迪什实验室的哈里·克利夫博士说：“事实上，我们看到了与我们的同事在 XNUMX 月份所做的相同的效果，这一事实无疑增加了我们真正处于发现新事物边缘的机会。” “对这个谜题有更多的了解真是太好了。”

今天的 导致 研究了三月结果中使用的同一个衰变族中的两个新的美夸克衰变。 研究小组发现了同样的效果——μ子衰变发生的频率只有电子衰变的70%左右。 这次误差更大，这意味着偏差在“2 sigma”左右，这意味着它有超过 2% 的可能性是由于数据的统计怪癖造成的。 虽然结果本身并没有定论，但它确实为越来越多的证据提供了进一步的支持，即有新的基本力量等待被发现。

“在升级后的 LHCb 探测器即将开启之际，大型强子对撞机的兴奋与日俱增，收集的进一步数据将为声称或反驳一项重大发现提供必要的统计数据，”同样来自该大学的 Val Gibson 教授说。卡文迪许实验室。