对撞机数据暗示意想不到的新亚原子粒子

多年来，一些衰变粒子的测量结果似乎有点不正常，这让物理学家们很感兴趣。现在，日内瓦大型强子对撞机的一项新衰变测量结果扩大了这种兴趣理论物理学家提出，奇怪的新粒子可以解释这一结果。4 月 18 日，LHCb 实验的科学家在欧洲粒子物理实验室 CERN 的研讨会上报告了这一新结果，该实验室是 LHC 的主办方。

加州大学圣地亚哥分校理论物理学家本杰明·格林斯坦表示：“这真是太令人兴奋了。”新的测量结果“进一步暗示，在非常基本的相互作用中发生了一些新的、意想不到的事情。”

然而，其他物理学家则更为谨慎，他们认为这一系列暗示不会导致新的发现。芝加哥大学的卡洛斯·瓦格纳在一封电子邮件中写道：“人们应该始终对任何单一测量中没有明确表现出来的效应保持怀疑。”

单独来看，所有测量结果都无法超出统计波动所能解释的水平，这意味着随着数据的增加，这些差异很容易消失。但是，蒙特利尔大学的理论物理学家戴维·伦敦说，有多个独立的迹象，“它们似乎都指向了某样东西。”

这些测量都涉及一种名为 B 介子的粒子，这种粒子可以在 LHC 中质子碰撞时产生。当 B 介子衰变时，它可以产生一种名为 K 介子的粒子，这种粒子要么伴随着一个电子和一个正电子（电子的反物质版本），要么伴随着一个 μ 介子（电子的较重表亲）和一个反 μ 介子。

根据物理学家公认的理论，除了质量不同之外，μ 子和电子的行为应该基本相同。这意味着在 B 介子衰变中，这两种粒子产生的几率应该是均等的。但在新的结果中，科学家发现，每 10 次电子衰变中，只有大约 7 次μ 子衰变。

B 介子有多种类型。它们都由一个夸克（一种基本粒子，也构成质子和中子）和一个反夸克组成。这两种粒子中的一种被称为“底”夸克（或反夸克），B 介子因此得名。

之前对另一种 B 介子衰变的测量也发现了 μ 子短缺。此外，在某些类型的 B 介子衰变中，对粒子发射角度的测量也似乎略有偏差，这进一步表明此类衰变中可能发生了一些有趣的事情。

“我们对（测量结果）似乎都吻合得如此之好感到兴奋，”LHCb 发言人、英国牛津大学实验物理学家 Guy Wilkinson 说道。如果更多数据证实 B 介子行为异常，那么可能的解释就是存在一种新粒子，它与 μ 子之间的相互作用与与电子的相互作用不同。其中一种粒子可能是轻夸克——一种充当夸克和轻子之间桥梁的粒子，轻子是包括电子和 μ 子在内的粒子。或者它可能是一种称为 Z 介子的重电中性粒子。

2016 年，当大型强子对撞机 (LHC) 上的 ATLAS 和 CMS 实验发现一种可能衰变为两个光子的新粒子的迹象时，物理学家们也引发了类似的骚动（序号:2016 年 5 月 28 日，第 11 页）。随着数据的增加，这些暗示消失了，当前的异常也可能消失。辛辛那提大学的沃尔夫冈·阿尔特曼斯霍弗 (Wolfgang Altmannshofer) 说，尽管两组测量结果非常不同，但“从整体兴奋度的角度来看，我认为这两件事大致相当。”

幸运的是，LHCb 科学家还有大量数据需要挖掘。研究人员只使用了 2013 年之前的粒子碰撞，当时 LHC 的运行能量比现在要低。“我们必须重新开始，尝试分析更多我们拥有的数据，”威尔金森说。他说，更新的结果可能在大约半年后准备好，应该可以得出更明确的结论。