作者:宗华 来源:中国科学报 发布时间:2016/8/8 8:08:24
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大型强子对撞机并未发现新粒子
去年12月探测到的信号只是统计波动

 

 ATLAS 探测器发现的新粒子迹象已经消失。图片来源:CERN

本报讯 粒子物理学家的希望化为乌有。8个月前,在世界最大原子加速器——大型强子对撞机(LHC)上开展的试验,报告了近年来首个完全出乎意料的新粒子存在的迹象。LHC坐落在瑞士的欧洲粒子物理实验室——CERN内。新粒子的发现可能要求对基本粒子和力的主流理论进行重新思考。不过,目前,LHC的物理学家收集并分析了约是去年12月所使用数据量4倍的数据。这些额外的数据显示,新粒子的信号已经消失,并且只是统计波动而已。

“我并不感到意外。”在超导环场探测器(ATLAS)上开展研究的德国电子同步加速器实验室实验人员Beate Heinemann表示,“我一直认为,新粒子被证明属实的几率不到5%。”27公里长的LHC为包括ATLAS在内的4台大型粒子探测器输送“原料”。

新粒子的出现会让物理学家兴奋不已。虽然在近40年的时间里,关于基本力和自然界构筑模块的主流理论——标准模型获得了不可思议的成功,但最终还是有所欠缺。比如,它并未对引力作出解释。然而,该理论解释了在原子加速器上发现的一切,包括著名的希格斯玻色子——2012年在LHC上发现的标准模型“名册”中的最后一个粒子。受困于自身成功的大多数粒子物理学家希望发现一些未曾预料的新粒子,从而将它们指向更深的理论。

去年12月发现的线索便指向了一种出乎意料的粒子。它似乎会衰减成一对高能光子,而这也是希格斯玻色子衰减的一种方式。不过,ATLAS实验人员介绍说,假定的新粒子似乎要重得多,是质子重量的800倍,而希格斯玻色子约为质子重量的133倍。最诱人的是,在由LHC输送“原料”的另一台探测器——紧凑渺子线圈(CMS)上工作的研究人员似乎发现了这种粒子存在的相应证据,尽管其要微弱一些。研究结果引发轰动,因为当希格斯玻色子被发现时,它开始以大致相同的方式出现——作为衰减成两个光子的少量粒子首次露面。

不过,有理由怀疑这是一种新粒子。比如,希格斯玻色子会衰减成标准模型粒子,但物理学家并未发现新粒子衰减成标准模型粒子其他组合的证据,因此它不可能只是希格斯玻色子的较重版本。相反,这种粒子需要更加复杂的解释。此外,在被关闭两年以修复限制其能量的设计缺陷之前,LHC一直从2010年运行到2013年年初,但物理学家并未在第一次运行期间发现这种粒子存在的证据。一种新粒子存在的可能性让理论学家激动不已。他们在网络预印本服务器arXiv.org上提出了近400种可能的解释。

然而,不幸的是,这种粒子并未出现在新数据中。8月5日,CMS和ATLAS的研究人员在美国芝加哥举行的国际高能物理大会上报告了该结果。这表明,成对的光子信号只是统计上的侥幸——由探测器中随机且并不相干的光子对产生。自然地统计涨落有时会造成这种纯属巧合的结果。“它的影响很小,但你时不时地会遇到。”在CMS上开展研究的内布拉斯加大学实验人员Kenneth Bloom认为,这种粒子从未被发现衰减成其他粒子组合的事实已经表明了这一点。

会上,在实验人员宣布假定的粒子并不存在后,5位理论学家紧跟着轮流解释了这种粒子可能是什么。

不过,Bloom仍然认为,整个事件会很有用。目前,研究人员在一周内收集的数据量相当于其在去年获得的全部数据。他们希望,这些源源不断的数据会产生一些新发现。“等下次我们发现一些出乎意料的事情时,如果它被证明属实,我们将会更好地解释它是什么”。(宗华)

《中国科学报》 (2016-08-08 第2版 国际)

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2016/8/8 16:25:13 randomwallklxw
也许中微子也是扯淡的。
2016/8/8 9:31:21 shoujx
“他们希望,这些源源不断的数据会产生一些新发现”。本认为强子对撞机中对撞的功率越大,结果越不可能发现新粒子。因为对撞功率越大时,其足够能将粒子中原子的质子全部彻底热解为标准模型的单个光子。而在对撞功率不足够时,到可生成二个以上的光子组合成的粒子,以成与标准模型不相合的以为新粒子。其实这种粒子对撞分解试验的原理,与我们生活中经常涉及到的大分子有机物的分解氧化一样,如当氧化前先供给足够的分解能,即一定时间的给其高于其合成时的温度的条件吸热,就可让其全部彻底氧化为无色的二氧化碳与水。
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