大型強子對撞機首次捕捉到難以置信的稀有粒子衰變
歐洲核子研究中心的科學家們第一次觀測到了極為罕見的亞原子粒子殘留物。根據今天發表在《自然》雜誌上的一篇論文，這些觀測結果支援了粒子物理學的一個基本理論。希望這項研究將有助於指導未來對暗物質和其他粒子物理標準模型無法解釋的現象的研究。這些發現是基於2011年至2012年間在瑞士歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機（LHC）收集的資料。
當基本粒子自發地轉變成其他基本粒子時，粒子就會衰變。在大型強子對撞機的實驗中，質子在高能下碰撞產生了1萬億個被稱為中性B介子的粒子，其中一些粒子隨後衰變為成對的帶相反電荷的μ子——電子的較重的“表親”。一種被稱為“奇怪”介子的B介子的衰變頻率與標準模型預測的頻率相同（約為十億分之四），其置信水平高到足以證明是一個發現。非奇異B介子的衰變也符合標準模型的預測（約100億分之一），儘管置信度較低（99.7%）。
“我們是在限制這些理論，並不是說它們是錯誤的。”
粒子物理學的標準模型解釋了宇宙的基本粒子是如何透過強大的、電磁的和微弱的力相互作用的，但它並不能解釋一切。儘管先前的實驗已經提高了模型的精確度，但標準模型仍然無法解釋引力，也無法解釋將星系**在一起的暗物質。物理學家們提出了許多理論來解釋這些缺點，包括超對稱性，它假設存在高質量的“超級粒子”，可以解釋暗物質。中性B介子衰變是罕見的，這可能有助於解釋超粒子和其他未觀察到的“新物理”現象在哪裡發揮作用。歐洲核子研究中心的研究人員希望他們的最新發現能提供更精確的限制，幫助完善非標準模型理論。
歐洲核子研究中心研究員、論文作者之一馬克·奧利維爾·貝特勒（Marc Olivier Bettler）說：“它可以幫助人們更好地理解哪些部分是正確的，哪些部分是不正確的。”我們是在限制這些理論，並不是說它們是錯誤的。我們只是告訴他們，他們無法覆蓋他們之前覆蓋的所有空間。”
大型強子對撞機的重啟為未來的實驗帶來了希望
今天公佈的研究結果是基於歐洲核子研究中心之前兩個實驗的綜合結果：一個是由LHCb團隊進行的，另一個是由緊湊型μ子螺線管（CMS）團隊進行的。每個實驗都發現了中性B介子衰變的證據，但研究人員在結合他們的資料庫時，只能在很高的統計意義上觀察到它。
牛津大學物理教授菲利普·伯羅斯（Philip Burrows）說：“這兩項實驗本身就已經公佈了它們的測量結果，因此從這個意義上說，這並不奇怪。”但最重要的是測量的綜合精度。”
對於歐洲核子研究中心和其他物理學家來說，好訊息是，更多的資料正在進行中。上個月，大型強子對撞機在中斷了兩年的維護和維修後重新啟動，預計其質子碰撞所攜帶的能量將是首次亮相時的兩倍。專家們說，這將產生更精確的觀測結果，也許還能為解釋標準模型無法解釋的宇宙廣大部分提供一個藍圖。
“他們已經建立了測量這些罕見過程的技術，在未來10到20年內，他們將獲得更多的資料，”伯羅斯說這意味著，隨著資料樣本規模的增加，他們的測量結果將更加精確。”
Verge Video: America's laboratory for massive-scale science projects- 發表於 2021-04-29 21:37
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