粒子物理学即将重写标准模型吗?没那么快……

由:Patrick j . Kiger

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一项新的亚原子粒子观测使一些科学家对标准模型提出了质疑。PASIEKA /盖蒂图片社

“根据对美介子衰变的最新分析,一个新时代的曙光,即‘新物理学’的曙光,可能正在到来。”所以宣布最近发表的一份声明中来自波兰核物理研究所

现在,如果你不是粒子物理迷,你可能会猜一个美丽的介子,也被称为B介子,是某种异国情调的美容治疗。但实际上,它是一种亚原子粒子,根据粒子物理的标准模型——这个有40年历史的理论框架描述了物质的各种组成部分和基本力的基本相互作用美介子应该以非常特定的角度和频率衰减。

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“提出一个全新的框架是极其困难的。”
约翰·坎贝尔,费米国家加速器实验室理论物理学家

然而,研究人员近年来发现,美介子似乎与基于标准模型的预测不太相符。例如,该研究所的新闻稿呼吁人们关注2011年和2012年的数据大型强子对撞机它位于法国和瑞士边境,是世界上最大的核电站最大最强大的粒子加速器.波兰物理学家Marcin Chrząszcz提出的一种分析数据的新方法表明,美介子的衰变角度与标准模型所表明的不同。

Chrząszcz强调说,在物理学的世界里,这个新发现并不算是一个“发现”,因为偏差不够大。

“这就是我们所说的观察,”他在一封电子邮件中澄清道。

即便如此,这种差异至少给长期建立的标准模型可能至少需要一点修改的观点增加了一些动力。虽然大多数普通人可能从未听说过它,但标准模型在最微小、最基本的层面上解释了我们周围的现实。理论框架描述了物质的基本组成部分——基本粒子——是如何被诸如电磁

标准模型“成功地解释了几乎所有的实验结果,并精确地预测了各种各样的现象,”他说CERN的网站这家欧洲物理研究机构运营着大型强子对撞机。“随着时间的推移,通过许多实验,标准模型已经成为一个经过充分测试的物理理论。”(如果你想了解更多细节,可以去看看欧洲核子研究中心关于标准模型的初级读本。

但是,尽管标准模型对物理学家来说非常有用,但他们已经意识到,它并不能解释亚原子领域的一切。正如欧洲核子研究中心所指出的,由于忽略了重力的影响,该理论只解释了四种基本力中的三种。它也不能解释一些现象,比如暗物质的本质,神秘的质量和暗能量,构成了宇宙的96%.现在的问题是,新发现的粒子如何符合这个理论。最后,周围还有一片昏暗希格斯玻色子它是标准模型的重要组成部分。

2012年,研究人员使用大型强子对撞机(Large Hadron Collider)宣布,他们发现了一种似乎可以是对的,但案子还没结呢。“这种粒子与希格斯玻色子是一致的,但还需要进一步的工作来确定它是否是标准模型预测的希格斯玻色子,”欧洲核子研究中心的网站解释说。

那么,这是否意味着是时候抛弃标准模型,重新开始呢?不是很难。约翰·坎贝尔是哈佛大学的理论物理学家费米国家加速器实验室他在电子邮件中解释说,科学家们可能只需要对它稍加修改。

他说:“任何替代方案都必须考虑到多年来大量的实验观察结果。”“很难找到一个全新的框架,能像标准模型那样成功地解释所有观察到的现象。”

相反,他说,最好的方法可能是增加“扩展”来描述新的粒子,以及它们与标准模型中已有的粒子相互作用的方式。

“有许多可能的扩展,”坎贝尔说,“但它们的数量大大减少了,因为它们必须不引入与目前观察到的不一致的效应。”

最重要的扩展可能是在标准模型的框架内解释暗物质。这样的发现“将会产生深远的影响,”他说,“不仅在粒子物理学方面,在宇宙学方面也是如此。”由于怀疑暗物质的基本理论,我们就能够精确地计算出它的预期效应。例如,我们可以更好地理解我们如何能够直接观察它,以及它的存在是如何在宇宙中留下印记的。”

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