欧洲核子研究中心的科学家们第一次观测到了极为罕见的亚原子粒子残留物。根据今天发表在《自然》杂志上的一篇论文，这些观测结果支持了粒子物理学的一个基本理论。希望这项研究将有助于指导未来对暗物质和其他粒子物理标准模型无法解释的现象的研究。这些发现是基于2011年至2012年间在瑞士欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）收集的数据。

当基本粒子自发地转变成其他基本粒子时，粒子就会衰变。在大型强子对撞机的实验中，质子在高能下碰撞产生了1万亿个被称为中性B介子的粒子，其中一些粒子随后衰变为成对的带相反电荷的μ子——电子的较重的“表亲”。一种被称为“奇怪”介子的B介子的衰变频率与标准模型预测的频率相同（约为十亿分之四），其置信水平高到足以证明是一个发现。非奇异B介子的衰变也符合标准模型的预测（约100亿分之一），尽管置信度较低（99.7%）。

“我们是在限制这些理论，并不是说它们是错误的。”

粒子物理学的标准模型解释了宇宙的基本粒子是如何通过强大的、电磁的和微弱的力相互作用的，但它并不能解释一切。尽管先前的实验已经提高了模型的精确度，但标准模型仍然无法解释引力，也无法解释将星系**在一起的暗物质。物理学家们提出了许多理论来解释这些缺点，包括超对称性，它假设存在高质量的“超级粒子”，可以解释暗物质。中性B介子衰变是罕见的，这可能有助于解释超粒子和其他未观察到的“新物理”现象在哪里发挥作用。欧洲核子研究中心的研究人员希望他们的最新发现能提供更精确的限制，帮助完善非标准模型理论。

欧洲核子研究中心研究员、论文作者之一马克·奥利维尔·贝特勒（Marc Olivier Bettler）说：“它可以帮助人们更好地理解哪些部分是正确的，哪些部分是不正确的。”我们是在限制这些理论，并不是说它们是错误的。我们只是告诉他们，他们无法覆盖他们之前覆盖的所有空间。”

大型强子对撞机的重启为未来的实验带来了希望

今天公布的研究结果是基于欧洲核子研究中心之前两个实验的综合结果：一个是由LHCb团队进行的，另一个是由紧凑型μ子螺线管（CMS）团队进行的。每个实验都发现了中性B介子衰变的证据，但研究人员在结合他们的数据库时，只能在很高的统计意义上观察到它。

牛津大学物理教授菲利普·伯罗斯（Philip Burrows）说：“这两项实验本身就已经公布了它们的测量结果，因此从这个意义上说，这并不奇怪。”但最重要的是测量的综合精度。”

对于欧洲核子研究中心和其他物理学家来说，好消息是，更多的数据正在进行中。上个月，大型强子对撞机在中断了两年的维护和维修后重新启动，预计其质子碰撞所携带的能量将是首次亮相时的两倍。专家们说，这将产生更精确的观测结果，也许还能为解释标准模型无法解释的宇宙广大部分提供一个蓝图。

“他们已经建立了测量这些罕见过程的技术，在未来10到20年内，他们将获得更多的数据，”伯罗斯说这意味着，随着数据样本规模的增加，他们的测量结果将更加精确。”