CERN全新物理的证据吗?为什么我们’谨慎乐观乐观我们的新发现

3月31日,2021年3月31日

经过 哈里悬崖, 剑桥大学; Konstantinos Alexandros Petridis., 布里斯托尔大学, 和 Paula Alvarez Cartelle., 剑桥大学 

当Cern的Gargantuan Accelerator(十年前)击中大型Hadron Collererator(LHC)时,希望能够很快发现新的粒子,这可以帮助我们解开物理最深的奥秘。暗物质,微观黑洞和隐藏尺寸 只是一些 可能性。但除了 壮观的发现 该项目的Higgs Boson 失败 产生任何可能超越的线索 粒子物理标准模型,我们目前的微观宇宙的最佳理论。

所以我们 新文章 从LHCB, 四个巨大的LHC实验之一,很可能将物理学家的心脏设置得更快。在分析了过去十年中产生的万亿次碰撞后,我们可能会看到一个完全新的东西的证据 - 潜在的自然新力量的载体。

但兴奋是极端谨慎的锻炼。标准模型已被抛弃的每个实验测试,因为它在20世纪70年代组装起来,因此声称我们终于看到了它无法解释的东西需要非凡的证据。

奇怪的异常

标准模型描述了最小的尺度的性质,包括 基本粒子 被称为Leptons(例如电子)和夸克(其可以聚集在一起形成较重的颗粒,例如质子和中子)和它们与之相互作用的力。


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有许多不同的夸克,其中一些不稳定,可以腐烂进入其他颗粒。新结果涉及一种实验异常 第一次暗示在2014年,当LHCB物理学家发现“美丽”夸克以意想不到的方式腐烂。

具体来说,美容夸克似乎腐烂到众所周知的百分味,而不是腐蚀到电子中的莫氏“μ子”。这是奇怪的,因为Muon本质上是电子的碳拷贝,除了大约200倍左右的情况。

你希望美丽夸克尽可能多地进入苗条。这些衰减可能以不同的速率发生的唯一方法是,如果一些从未看见的粒子涉及衰变并倾斜尺度的粒子。

虽然2014年的结果很有趣,但它并没有足够的准确性结论。从那时起,有许多其他异常出现在相关过程中。他们对研究人员来说,他们对研究人员来说都是非常微妙的,因为他们是新物理学的真正迹象,但诱人地诱惑,他们似乎都指向类似的方向。

大问题是,这些异常是否会变得更强大,因为更多的数据被分析或融化一无所有。 2019年,LHCB执行了 相同的测量 Beauty Quark再次衰减,但在2015年和2016年拍摄额外的数据。但事情比他们五年更清晰得多。

新结果

今天的结果通过添加2017年和2018年记录的样品来加倍现有的数据集。要避免意外地引入偏见,数据被分析了“盲目” - 直到测量中使用的所有程序都没有看到结果,直到测试中使用的所有程序都没有看到审查。

Mitesh Patel.是伦敦帝国学院的粒子物理学家和实验的领导者之一,描述了当那一刻来看待结果时他感到兴奋。 “我实际上摇晃着”,他说,“我意识到这可能是我在20年来粒子物理学的最令人兴奋的事情。”

当结果上升到屏幕上时,异常仍然存在 - 每100个电子衰减约85米衰减,但较小的不确定性比以前更小。

什么会激发许多物理学家的是,结果的不确定性现在超过了“三个西格玛” - 科学家的说法,即在千分之一的情况下只有一个左右的方式,结果是数据的随机侥幸。传统上,粒子物理学家称为超过三个西格玛的“证据”。然而,我们仍然是从确认的“发现”或“观察”中的长途路 - 这需要五西格玛。

理论家已经表明,通过认识到正在影响夸克衰减的方式的全新粒子的存在,可以解释这种异常(和其他人)。一种可能性是一种称为“Z素数”的基本粒子 - 本质上是一种全新的新力量的载体。这种力量将极为弱,这就是为什么我们直到现在没有看到任何迹象,并且会与电子和μ子相互作用。

另一个选择是假设的“leptoquark.“ - 具有同时衰变到夸克和Leptons的独特能力的粒子,并且可以成为更大难题的一部分,这解释了为什么我们看到我们本质上的粒子。

解释调查结果

我们终于看到了新物理学的证据吗?好吧,也许,也许不是。我们在LHC进行了大量测量,因此您可能期望他们至少有些人从标准模型中脱落。我们永远不会完全折扣我们实验中有些偏见的可能性,即我们没有妥善核对,即使这一结果已经过分彻底检查。最终,图片只会更清晰,更多数据。 LHCB目前正在进行重大升级,从而大大增加它可以记录碰撞的速度。

即使异常持续存在,一旦独立实验证实了结果,它就可能只会完全接受。一种令人兴奋的可能性是,我们可以检测对LHC碰撞中直接创建的效果负责的新颗粒。与此同时,这是 Belle II实验 在日本应该能够进行类似的测量。

那么,这可能对基本物理学的未来意味着什么?如果我们看到的是一些新的基本粒子的预兆,那么它将最终成为物理学家几十年来渴望的突破。

我们终于看到了一个超出了标准模型的较大图片的一部分,最终可能让我们解开任何数量的既定谜团。这些包括填补宇宙的隐形暗物质的性质,或者是希格斯玻色子的性质。它甚至可以帮助理论家统一基本粒子和力量。或者,也许最好的,它可能指出我们甚至考虑过的东西。

所以,我们应该兴奋吗?是的,这样的结果不会经常出现,狩猎绝对是开启的。但我们也应该谨慎而谦虚;非凡的索赔需要非凡的证据。只有时间和艰苦的工作会终于终于看到我们最初过于我们目前对粒子物理学理解的第一款闪光。谈话

关于作者:

哈里悬崖,粒子物理学家, 剑桥大学; Konstantinos Alexandros Petridis.,粒子物理学的高级讲师, 布里斯托尔大学, 和 Paula Alvarez Cartelle.,粒子物理学的讲师, 剑桥大学

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