大型強子對撞機實驗未發現希格斯粒子後的物理學新見解

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在日內瓦附近的大型強子對撞機上的一項新發現,給一個假設的粒子物理學領域蒙上了一層陰影。許多人曾希望,在對希格斯玻色子的成功搜尋之後,該領域將成為對撞機的下一個主要探索方向。

在京都舉行的強子對撞機物理學研討會上,研究人員於11月12日宣佈,使用對撞機的LHCb(大型強子對撞機底夸克)探測器工作的物理學家觀察到了一種新型粒子行為。LHCb物理學家已經確定了奇異底粒子B0s(一個底反夸克與一個奇異夸克結合)非常罕見地衰變成兩個名為μ子的粒子的現象。(μ子是一種類似於重型電子的帶電粒子。)新資料限制了許多假設的標準粒子物理模型擴充套件的可能性,包括超對稱的概念。

短壽命的奇異底粒子在其在大型強子對撞機碰撞中產生後幾乎立即衰變成其他粒子,但它幾乎從不衰變成一個正μ子和一個負μ子。這種衰變的罕見性使其難以觀察到,事實上,LHCb物理學家聲稱他們的測量是該現象的第一個可靠證據。但是,亞原子粒子和力的統治理論,即標準粒子物理模型,預測了這種效應應該發生的頻率——大約十億分之三。任何與該數字的偏差都將表明存在標準模型未考慮的新粒子或力。


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LHCb的資料(pdf)與標準模型對這種效應大約十億分之三的預測非常吻合,這可能會排除標準模型的假設性擴充套件,這些擴充套件會影響奇異底粒子衰變成μ子的速率。“這個結果的詳細含義需要一段時間才能研究清楚,但總的來說很容易說明:標準模型經受住了另一次考驗,”物理學家馬特·斯特拉斯勒在他的部落格中寫道。“大型強子對撞機資料對預測標準模型之外的粒子和力的投機性想法的限制變得更加嚴格。”

一種最受歡迎的,可能將物理學推向標準模型之外的想法是超對稱——該提議認為,每個基本粒子都有一個更重的、尚未被發現的“表親”,從而完善了粒子動物園。如果奇異底粒子的衰變速率超出標準模型的預測,那麼它可能會為超對稱提供一些依據。大型強子對撞機尚未發現任何形式的超對稱粒子,實際上,一些超對稱變體預測的粒子衰變模式與LHCb現在記錄的模式不同。“我們的測量並沒有排除超對稱,但它受到了極大的限制,”LHCb發言人皮耶路易吉·坎帕納告訴歐洲核子研究中心公報這意味著只有某些形式的超對稱與新資料一致。

英國廣播公司的一篇文章將LHCb的發現定義為對超對稱的“重大打擊”,但斯特拉斯勒在他的部落格中反對這種措辭。“未能找到一種理論的變體並不是反對其他變體的證據,”他寫道。“如果你在找丟失的鑰匙,在廚房、客廳和臥室都找不到它們,並不能證明它們不在房子的其他地方。”

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