曾被認為可能 " 打破标準模型 " 的μ 子,被科學家們摁回去了。
來自歐洲 LHCb 團隊對實驗數據進行了嚴格複核後,承認此前的分析存在問題:
實際上,結果與标準模型的預測是一緻的。
要知道,此前這個重磅發現一旦被證實,就可能出現颠覆标準模型的新理論,甚至整個粒子物理學體系都會被改寫。
然而如今這一系列結果卻再次被證實不可靠——
所謂 " μ 子出現異常 " 的關鍵證據,是由于一系列微妙的誤差導緻的。
LHCb 團隊發言人、英國曼徹斯特大學物理學家 Chris Parkes 對此解釋稱:
在早先的測量中,科學家們錯誤地将一些其他粒子識别成了電子。
雖然大型強子對撞機(LHC)能很好地捕捉 μ 子,但對于它們來說,探測電子會更加困難。
對于不少試圖推翻現有理論的物理家來說,這并不是一個好消息。
但即便如此,他們也并沒有放棄對新理論的探索嘗試。
曾被認為颠覆标準模型
标準模型,是解釋誇克、電子等微觀粒子的物理模型,被視為有史以來最成功的物理理論之一。
從 10 年前人們發現希格斯玻色子後,标準模型預言的所有粒子就都已被發現。
根據标準模型的預測,不同的帶電輕子——電子、μ 子、τ 子,這三種粒子隻有質量不同,其他屬性(如電荷,自旋等)都應完全相同,這種性質稱為輕子味普适性(LFU)。
但 LHCb 團隊一直試圖尋找其中的異常,來打破标準模型,在過去數年間,他們就多次發表論文提出可能違反 LFU 的測量結果。
例如在 2021 年的一篇論文中,團隊基于 LFU 理論研究了關于 K 介子的 B 介子的衰變過程。
原本這一過程中産生電子的概率和 μ 子的概率應該相等,但測量卻發現 μ 子産生概率是電子的 85%,且置信度達到三個标準差(3 σ)。
雖然還不到能用來宣稱重大發現的 5 σ,但也足夠讓人驚訝了。
BUT,LHCb 團隊經過一年的長時間複核,發現這個實驗結果是存在問題的。
在重新檢查 K 介子的 B 介子的衰變過程相關數據時,LHCb 團隊意識到這個異常是由一系列細微誤差合并起來産生的。
他們将這一結果在 12 月 20 日的歐洲粒子物理研究所研讨會上進行了公開,也引起了不少物理學家的驚訝。
蘇黎世大學理論物理學家 Gino Isidori 表示,這一結果确實出人意料,因為異常值看起來确實可能意味着 "以前沒見過的粒子" 的存在:
我對這次結果感到遺憾,但 LHCb" 誠實地 " 公開這次結果仍然是值得稱贊的。
制造 μ 子素來研究 μ 子
事實上,給科學家們制造 " 驚吓 " 已經是μ 子的常規操作了。
但鑒于它仍舊是打破标準模型最大的希望之一,物理學家們并不打算放棄對它的研究。
最近發表在 Nature 子刊上的一篇新研究就表明,科學家們正在通過尋找一種新方法來測量 μ 子的性質,即制造強烈的 μ 子素粒子束以減少統計誤差。
其中,μ 子素又稱缈子偶素(符号 Mu,muonium),是一種奇異原子,電子繞正 μ 子旋轉,是一種非常适合研究 μ 子的模型。
要想制造大量 μ 子素并不容易,但瑞士保羅謝勒研究所(PSI)和蘇黎世聯邦理工學院的科學家們成功實現了這一點。
他們用微波和激光,探測了低能 μ 子光束線上形成的 μ 子素的特性,首次測量出 μ 子素中某些非常特定的能量子水平之間的轉變。
團隊下一步目标是稱量 μ 子,即進一步稱量更高精度的 μ 子質量,作為其他實驗常數計算的基礎。研究人員表示:
如果實驗順利,我們可能将測量精度再提升 100 倍。
在這一系列測量中,關于 μ 子的新特性也可能會被發現,可能會再次對标準模型 " 發起挑戰 "。
論文地址:
[ 1 ] https://arxiv.org/abs/2212.09153
[ 2 ] https://arxiv.org/abs/2212.09152
參考鍊接:
[ 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