三項粒子物理學實驗暗示標準模型可能有錯誤!

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在日本、美國和歐洲的三個實驗設施的研究人員發現一種名為B介子(B meson)的稀有粒子衰變的異常現象,暗示著物理學似乎沒有按照我們所預期的那樣來運作。

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這個異常衰變違反了輕子普遍性原則(principle of lepton universality),輕子普遍性原則是電子和他們的兩個大型同類,渺子(muon)和濤子(tau),以相同的方式表現,唯一的差異就是它們的質量和壽命。然而,根據一項報導於自然期刊(Nature)的研究,還有其他異常事情發生。相對於質量輕的輕子,質量重的濤輕子(lepton tau)的一些衰變率高於預測值。

粒子物理學被用於有史以來最偉大的理論之一,這個理論叫做標準模型(Standard Model)。雖然到目前為止,它成功地解釋和預測了現象和粒子(像是希格斯玻色子),但它仍然是有限制的。例如,它不包括重力。因此,粒子物理學家一直在尋找違反標準模型,希望能找到新的物理學。

共同作者Manuel Franco Sevilla在一份聲明中說:「我們在SLAC國家加速器實驗室進行的BaBaR實驗中 首次看到超越標準模型之外的一些重要觀察。」

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BaBaR結果與日本的Belle實驗結果和CERN的最新結果一致。當這三項實驗數據一起被考慮時,它們違反輕子普遍性的確定性達到99.95%。這是相當不錯的,但還不足以被稱作是一項發現。

一項發現需要達到99.9999%的確定性,來通過嚴厲(但有足夠理由)的科學標準。這是有很好的理由,因為有一些假陽性(false positive)的例子,像是幾年前聲名狼藉的歐洲核子研究組織(CERN)碰撞事件。所以,雖然結果很有希望,但很重要的是不要太早下定論。


Brian Greene說「三項實驗出現新粒子或力量。可能是錯誤,但可能會是重大。」

更多的B介子衰變研究將被用來確認或反駁到目前為止所看到的,如果得到證實,這意味著新的、意想不到的物理學就在那裡。未來的實驗將會探索為什麼輕子普遍性沒有如我們所預期的運作。

Franco Sevilla補充:「我們不確定這些確認結果的長期重要性是什麼。首先,我們需要確定它們是真實的,然後我們需要輔助實驗來確定它的意義是什麼。」

我們必須要靜觀其變,但標準模型可能還藏有一些竅門。

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來源:IFLScience