對撞機數據暗示意想不到的新亞原子粒子

多年來，一些對衰變粒子的測量似乎有點不正常，這引起了物理學家的興趣。 現在，日內瓦大型強子對撞機進行了新的衰變測量放大了這種興趣理論物理學家提出嘗試性的熱情，提出奇怪的新粒子可以解釋這些結果。 4 月 18 日，負責 LHCb 實驗的科學家在大型強子對撞機的主辦單位歐洲粒子物理實驗室 CERN 舉行的研討會上報告了這一新結果。

「這非常令人興奮，」加州大學聖地牙哥分校的理論物理學家本傑明‧格林斯坦說。 新的測量結果“進一步暗示，在非常基本的相互作用中正在發生一些新的和意想不到的事情。”

然而，其他物理學家則更加謹慎，他們押注這一系列暗示不會帶來新的發現。 芝加哥大學的卡洛斯·瓦格納在一封電子郵件中寫道，在任何單獨的測量中，「人們應該始終對沒有以明確方式表現出來的效應保持懷疑」。

單獨來看，沒有任何測量結果超出了統計波動可以解釋的水平，這意味著隨著更多數據的存在，差異很容易消失。 但是，蒙特利爾大學的理論物理學家大衛倫敦說，有多種獨立的暗示，“它們似乎都指向了某些東西。”

這些測量都涉及一類稱為 B 介子的粒子，這種粒子是質子在大型強子對撞機中碰撞在一起時產生的。 當B 介子衰變時，它可以產生一種稱為kaon 的粒子，該粒子伴隨著一個電子和一個正電子（電子的反物質版本），或伴隨著一個μ 子（電子的較重表親）和一個反μ 子。

根據物理學家公認的理論，除了質量不同的影響外，μ子和電子的行為應該基本上相同。 這意味著這兩種粒子在 B 介子衰變中產生的機會應該是均勻的。 但在新的結果中，科學家發現，每 10 個電子衰變中，只有大約 7 個 μ 子衰變。

B 介子有多種類型。 所有粒子都由一個夸克（一種也構成質子和中子的基本粒子）和一個反夸克組成。 這兩種粒子中的一種稱為「底」夸克（或反夸克），因此得名 B 介子。

早期對另一種 B 介子衰變的測量也發現了 μ 子的短缺。 更重要的是，在某些類型的 B 介子衰變中，對粒子發射角度的測量也顯得有些不正常，這增加了這種衰變中可能正在發生一些有趣的事情的感覺。

英國牛津大學實驗物理學家、LHCb 發言人 Guy Wilkinson 表示：“我們對 [測量結果] 看起來如此吻合感到興奮。” 如果有更多數據證實 B 介子行為不當，一個可能的解釋是一種新粒子與 μ 子的相互作用不同於與電子的相互作用。 其中一個這樣的粒子可能是輕夸克——一種充當夸克和輕子之間橋樑的粒子，輕子是包括電子和μ子的一類粒子。 或者它可能是一種重的電中性粒子，稱為 Z 質子玻色子。

物理學家在 2016 年引發了類似的爭論，當時 LHC 上的 ATLAS 和 CMS 實驗發現了一種潛在的新粒子衰變成兩個光子的跡象（序號：2016 年 5 月 28 日，第 16 頁 11）。 隨著更多數據的出現，這些暗示就消失了，當前的異常現像也可能發生同樣的情況。 辛辛那提大學的沃夫岡·阿爾特曼斯霍費爾(Wolfgang Altmannshofer) 表示，雖然這兩組測量結果有很大不同，但「從整體興奮程度來看，我認為這兩件事大致相當。 」

幸運的是，大型強子對撞機科學家仍有大量數據需要挖掘。 研究人員僅使用 2013 年之前的粒子碰撞，當時大型強子對撞機的運作能量比現在低。 「我們必須回到磨刀石上，試著分析我們擁有的更多數據，」威爾金森說。 他說，更新的結果可能會在大約半年內準備好，並且應該可以得出更明確的結論。