挑战粒子物理标准模型的 μ 子,被最新实验结果摁回去了
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-05-21
曾被认为可能"打破标准模型"的 μ 子,被科学家们摁回去了。
来自欧洲 LHCb 团队对实验数据进行了严格复核后,承认此前的分析存在问题:
实际上,结果与标准模型的预测是一致的。
要知道,此前这个重磅发现一旦被证实,就可能出现颠覆标准模型的新理论,甚至整个粒子物理学体系都会被改写。
然而如今这一系列结果却再次被证实不可靠 --
所谓"μ 子出现异常"的关键证据,是由于一系列微妙的误差导致的。
LHCb 团队发言人、英国曼彻斯特大学物理学家 Chris Parkes 对此解释称:
在早先的测量中,科学家们错误地将一些其他粒子识别成了电子。
虽然大型强子对撞机(LHC)能很好地捕捉 μ 子,但对于它们来说,探测电子会更加困难。
对于不少试图推翻现有理论的物理家来说,这并不是一个好消息。
但即便如此,他们也并没有放弃对新理论的探索尝试。
曾被认为颠覆标准模型
标准模型,是解释夸克、电子等微观粒子的物理模型,被视为有史以来最成功的物理理论之一。
从 10 年前人们发现希格斯玻色子后,标准模型预言的所有粒子就都已被发现。
根据标准模型的预测,不同的带电轻子 -- 电子、μ 子、τ 子,这三种粒子只有质量不同,其他属性(如电荷,自旋等)都应完全相同,这种性质称为轻子味普适性(LFU)。
但 LHCb 团队一直试图寻找其中的异常,来打破标准模型,在过去数年间,他们就多次发表论文提出可能违反 LFU 的测量结果。
例如在 2021 年的一篇论文中,团队基于 LFU 理论研究了关于 K 介子的 B 介子的衰变过程。
原本这一过程中产生电子的概率和 μ 子的概率应该相等,但测量却发现 μ 子产生概率是电子的 85%,且置信度达到三个标准差(3σ)。
虽然还不到能用来宣称重大发现的 5σ,但也足够让人惊讶了。
BUT,LHCb 团队经过一年的长时间复核,发现这个实验结果是存在问题的。
在重新检查 K 介子的 B 介子的衰变过程相关数据时,LHCb 团队意识到这个异常是由一系列细微误差合并起来产生的。
他们将这一结果在 12 月 20 日的欧洲粒子物理研究所研讨会上进行了公开,也引起了不少物理学家的惊讶。
苏黎世大学理论物理学家 Gino Isidori 表示,这一结果确实出人意料,因为异常值看起来确实可能意味着"以前没见过的粒子"的存在:
我对这次结果感到遗憾,但 LHCb"诚实地"公开这次结果仍然是值得称赞的。
制造 μ 子素来研究 μ 子
事实上,给科学家们制造"惊吓"已经是 μ 子的常规操作了。
但鉴于它仍旧是打破标准模型最大的希望之一,物理学家们并不打算放弃对它的研究。
最近发表在 Nature 子刊上的一篇新研究就表明,科学家们正在通过寻找一种新方法来测量 μ 子的性质,即制造强烈的 μ 子素粒子束以减少统计误差。
其中,μ 子素又称缈子偶素(符号 Mu,muonium),是一种奇异原子,电子绕正 μ 子旋转,是一种非常适合研究 μ 子的模型。
要想制造大量 μ 子素并不容易,但瑞士保罗谢勒研究所(PSI)和苏黎世联邦理工学院的科学家们成功实现了这一点。
他们用微波和激光,探测了低能 μ 子光束线上形成的 μ 子素的特性,首次测量出 μ 子素中某些非常特定的能量子水平之间的转变。
团队下一步目标是称量 μ 子,即进一步称量更高精度的 μ 子质量,作为其他实验常数计算的基础。研究人员表示:
如果实验顺利,我们可能将测量精度再提升 100 倍。
在这一系列测量中,关于 μ 子的新特性也可能会被发现,可能会再次对标准模型"发起挑战"。
论文地址:
[1]https://arxiv.org/abs/2212.09153
[2]https://arxiv.org/abs/2212.09152
参考链接:
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/vZoYcsI59vcQ_aL8NsnLzw
[2]https://www.nature.com/articles/d41586-022-04545-z
[3]https://phys.org/news/2022-11-muonium-reveal-physics-standard.html
本文来自微信公众号:量子位 (ID:QbitAI),作者:羿阁 萧箫
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