科学探索|科学家的新发现有可能颠覆粒子物理学的标准模型科学家的新发现有可能颠覆粒

据New Atlas报道，经过长达10年的分析，物理学家们的合作项目对一个关键粒子的质量进行了最精确的测量。新的测量结果与基于标准模型的预测大不相同，暗示了新的物理学。

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自从20世纪70年代开发以来，粒子物理学的标准模型在解释粒子的相互作用和大多数基本力量方面一直非常成功。它并没有涵盖一切--主要的缺失部分包括暗物质甚至是引力--但是它所涵盖的内容非常好，始终经得起测试其预测的实验。
但是现在，一种经过充分研究的粒子可能会威胁到这种标准模型。粒子的质量可以通过它们与标准模型中其他粒子的关系来计算，然后这种预测的质量可以与粒子对撞机中的实际测量结果进行比较，以测试标准模型的内部一致性。这个过程现在导致了一个重大的差异，这要归功于一个叫做W玻色子的不起眼的粒子。
W玻色子是携带弱力的基本粒子，调解像太阳中工作的那些核过程。根据标准模型，它们的质量与希格斯玻色子和一个叫做顶夸克的亚原子粒子的质量有关。在一项新研究中，美国能源部费米实验室对撞机探测器（CDF）合作的近400名科学家花了十年时间研究了从 Tevatron对撞机26年的数据中收集的420万个W玻色子候选者。从这个宝库中，该团队能够将W玻色子的质量计算到0.01%以内，使其比之前的最佳测量结果精确了一倍。
根据他们的计算，W玻色子的最新质量测量的中心值和不确定度为80433±9MeV/c2 。这在以前的一些测量范围内，但远远超出了标准模型的预测范围，标准模型认为它的质量为80357±6MeV/c2 。
进一步巩固了这一反常现象，研究人员最近还使用大型强子对撞机的数据测量了W玻色子的质量，并在1月份发表了一篇论文。一些没有参与这项研究的物理学家更愿意站在标准模型一边，这是可以理解的。
实验物理学家Martin Grünewald在《科学》杂志的一篇报道中说：“所有这些测量都声称测量的是同一个量。一定有人，我不会说是错的，但也许是犯了一个错误，或者把误差评估推得太厉害了。”
但是新的CDF分析的科学家们说，他们用来得出数字的程序经过了多年的适当审查。事实上，在这些质量检查完成之前，最终的测量值被隐藏在分析仪中。
【科学探索|科学家的新发现有可能颠覆粒子物理学的标准模型】CDF分析的主要作者Ashutosh Kotwal说：“我们的结果所涉及的改进和额外检查的数量是巨大的。我们考虑到了我们对粒子探测器的改进理解，以及对W玻色子与其他粒子相互作用的理论和实验理解方面的进展。当我们最终公布结果时，我们发现它与标准模型的预测不同。”
如果新的数字得到验证，它可能暗示着标准模型之外的未知粒子或新的物理学，它们正在干扰预期的相互作用。毕竟，研究人员已经知道这个框架是不完整的，而进一步的调查可能有助于揭开这个谜团。
“现在要靠理论物理学界和其他实验来跟进并揭开这个谜团，”CDF联合发言人David Toback说。“如果实验值和预期值之间的差异是由于某种新的粒子或亚原子相互作用造成的，这也是可能性之一，那么很有可能是在未来的实验中可以发现的东西。”
这项研究发表在《科学》杂志上。