欧洲核子研究中心大型强子对撞机结果可能会颠覆物理学的核心理论

物理学家们，给自己准备一杯烈酒：欧洲核子研究中心大型强子对撞机美容实验的团队发现了可能表明违反粒子物理学标准模型的结果。大型仪器的最新测试结果旨在解开大爆炸的秘密以及紧随其后发生在我们宇宙中的事情，结果尚未得到证实，但可能证明是当前物理学理解的巨大动荡。

大型强子对撞机美容实验，称为 LHCb，正在对撞机上的四个点之一进行，欧洲核子研究中心将质子束撞击在一起。它的重点是跟踪包含 b 和反 b 夸克的粒子(称为“B 介子”)在这些碰撞后如何衰变。

“LHCb 的每个子探测器都专门测量质子碰撞产生的粒子的不同特征，”欧洲核子研究中心解释说。“总的来说，探测器的组件收集有关每个产生的粒子的身份、轨迹、动量和能量的信息，并且可以从碰撞点喷出的数十亿个粒子中挑选出单个粒子。”

根据粒子物理学的标准模型，涉及两种所谓美夸克(称为“味”)的衰变应该以相同的概率发生。然而，LHCb 的研究结果表明，由于衰变率存在偏差，因此被描述为“可能违反轻子风味普遍性”。

“新结果表明存在偏差，”欧洲核子研究中心解释说，“结果的统计显着性是 3.1 个标准差，这意味着数据与标准模型预测兼容的概率约为 0.1%。”

这是一个很小的偏差，但不是第一次出现这种普遍采用的思想问题的迹象。CERN 指出，事实上，LHCb 和过去十年中进行的其他实验也观察到了类似的异常现象。只有通过最新一批的 LHCb 结果——更精确地关注衰变测量——才第一次计算出准确的比率。

曼彻斯特大学和欧洲核子研究中心的 Chris Parkes 教授和 LHCb 发言人解释说：“如果要确认对轻子风味普遍性的违反，则需要一个新的物理过程，例如新基本粒子或相互作用的存在。” “正在使用现有的 LHCb 数据对相关过程进行更多研究。我们将很高兴看到它们是否加强了当前结果中的有趣提示。”

该研究的结果在关于电弱相互作用和统一理论的 Moriond 会议上以及在 CERN的平行研讨会上公布。

现在的发现还为时过早。在科学术语中，“证据”具有相当具体的含义：超过 3 个标准差的结果，但仍低于科学家所说的完全“观察”的 5 个标准差水平。需要更多的研究来确定偏差是否在某种程度上是错误的，或者可以通过未来的测量来确认。

粒子物理学的标准模型描述了四种已知基本力中的三种：电磁力、弱相互作用和强相互作用。科学家们付出了巨大的努力，它在 1970 年代中期通过实验证实夸克时得到了有效的决定。事实上，欧洲核子研究中心自己在 2012 年对希格斯玻色子的确认帮助巩固了该模型。在探测器升级完成后，当 LHCb 实验在 2022 年恢复收集数据时，将确认更多关于潜在违规的数据。

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