@ 2015.09.09 , 13:00

LHC在轻子衰变中发现了奇怪的东西

虽然统计上不强劲,但是在三个实验中都出现了。

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LHCb探测器内事件的模拟图

让我们先把话放在前头:一些来自大型强子对撞机的最新结果很可能是一个统计波动,会随着最新的高能运行开始全面输出数据而灰飞烟灭。事实上,上个星期该结果第一次发出时,我们拿到了一份论文副本,但我们看了一眼摘要就扔到一边了。

但现在,我们又回来报道这货了。那么是什么改变了?随着我们跟进这个故事,事情变得很清楚,数据中这个古怪的、不大可能有显著意义的凸起在以前见到过,还不止一次。在它消失前,很可能值得注意,因为如果它不消失,就可能意味着还存在我们尚未发现的其它粒子。

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这个有趣的结果来自LHCb探测器。LHCb追踪含有b夸克粒子的衰变(b代表底夸克),而不是搜索新粒子。这些粒子已被很好理解,所以偏离预期的行为相对容易被认出。这些偏差有可能指向我们从没有见过的物理学,可能包括粒子标准模型和它们之间相互作用的问题。

在这种情况下,检测器在中性B介子衰变为D介子时追踪它们。(这随着B介子中的底夸克衰变为粲夸克而发生。介子中的第二个夸克是一个下夸克,它坐视这一切发生,与产生的任何粒子配对。)这个衰变导致生成一个中微子(这个我们可以忽略)和一个轻子,而这正是我们所关注的。

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轻子是一组粒子,包括常见的电子和它的两个更重、更奇特的表亲μ介子和τ子(有时也被称为“陶子”)。从标准模型的角度,任何轻子都行。衰变应该与它们相对质量成比例地生成三个轻子(τ子的质量约为质子的两倍,μ介子质量小得多,而电子更是轻量)。

在这种情况下,LHCb研究共同体追踪产生μ介子或τ子的衰变,然后测量他们的相对频率。结果虽接近预期值,但不尽然。相反,τ子比预期产生得稍多,离标准模型预期有2.1个标准偏差。

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现在的粒子物理学领域里,这种2.1个标准差的结果,会随着越来越多的数据被收集而消失——需要三个标准偏差才会使物理学家兴奋起来,而要有五个他们才会开始说已经发现了什么。这也正是为什么仅凭该论文摘要,这里没什么可兴奋的。

但是深入讨论下去,有一个有趣的迹象表明,一些不寻常的东西可能正在发生:“这些测量值与BaBar实验和Belle实验先前的测量结果吻合良好。”这两个探测器研究电子/正电子碰撞产生的B介子。因此这意味着三个不同的探测器、使用不同类型的粒子碰撞,已经看到了类似的(虽然同样是微弱的)超过标准值。

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由于过量值很小,需要有更多的这些衰变,才能上升到统计噪声以上——或者回落为噪声。所以在大强子对撞机继续当前运行时,这是我们必须注意的事情。

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而且它值得关注,因为任何标准模型预测失败的东西,都预示着新的物理学——可能存在着一个新的粒子,在衰变过程中与该粒子耦合。所以,虽然尚且没有什么可以兴奋的,如果最终能通向一项发现,它还是非常令人兴奋的。

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预印本摘要:1506.08614,将发表在《物理评论》上。

本文译自 ArsTechnica,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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