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对撞机有了比上帝粒子还神秘的新发现(图)

据英国(专题)广播公司(BBC)网站报道,人们想要知道,就在去年高调重启之后,作为世界上最强大的机器,大型强子对撞机(LHC)有没有发现什么新的粒子?

或许在你的感觉里,好像自从2015年4月份这台超级设备宣布完成技术升级并重新启动以来的确消息不多,但事实并非如此。来自世界各地的物理学家们正在 抓紧时间分析由这台世界上最强大的粒子加速器所产生的海量数据,升级之后的大型强子对撞机相比以前拥有了更加无与伦比的能级和强度。

大型强子对撞机位置与结构示意图

不明信号

科学家们所作的所有这些努力可能并不会白费,因为就在瑞士日内瓦的欧洲核子中心(CERN)办公室和走廊里,这里的气氛正越来越多地被兴奋的情绪所笼罩,人们在热烈讨论着关于在大型强子对撞机的粒子对撞数据中出现的一个不明信号。

大型强子对撞机将两束质子流进行高速对撞,随后科学家们在撞击产生的“粒子碎屑”中搜寻有无未知的粒子种类。

就在去年,在数以万亿计的此类对撞案例中,科学家们注意到期间产生的光子数量比理论计算地数量更多,用物理学家们的话来说,就是出现了一个“峰”。如果说的更加具体一些,那就是,科学家们发现总质量为750 GeV的光子对的数量偏多了。

这可能暗示着存在一种新的,未知的大质量粒子,其质量要比CERN在2012年发现的希格斯-玻色子大出6倍。

如果能够证明科学家们的确发现了一种新的粒子,这将是一件极其令人兴奋的消息,因为目前为主流科学界所广泛接受的粒子物理学基础理论,也就是著名的“标准模型”并无法解释我们在周围的世界里所目睹的一切现象。

比如说,标准模型中找不到关于暗物质的解释,这种神秘物质构成了我们所处宇宙的24%。因此,欧洲核子中心的科学界们一直在致力于探寻那些可能会将我们引向对宇宙更深邃认识的新的物理现象。

自从2008年9月投入运作以来,不断有疑似信号出现然后再被否定。这样的数据误差是预期之内的,并且在通常情况下,随着越来越多后续数据的涌入,这样的疑似信号很快就会消失。

大型强子对撞机安装的另外一台探测器ATLAS。这台探测器与另外一台探测器CMS都检测到了750 GeV的信号,引发人们的各种想象

还无法断言

英国曼彻斯特大学粒子物理学主管史蒂芬?索德纳-雷姆邦德(Stefan S?ldner-Rembold)教授指出:“我们需要更多数据来确认这个信号不会逐渐消失,而在那之前我们必须非常谨慎。人们现在之所以兴奋,是因为两台探测器(Atlas 和 CMS)的数据中都出现了这个信号,并且位置也几乎一样。但即便如此,我们仍然还不能下定论。”

在粒子物理学上,宣布一项新发现是有统计学门槛的,也就是人们所说的“5个西格玛”。这一标准对应的统计学意义是:某一信号是假信号的可能性低于350万分之一,这一几率大致相当于你投掷22次硬币,其中连续21次都是同一面朝上。

目前,针对这一异常情况,在论文预印本网站Arxiv上已经有科学家上传了一些论文试图进行解释。不过,就在过去的几个星期内,有传言称随着更多数据得到分析,这一异常信号正出现消退的迹象。

等到今年夏末,大型强子对撞机实验组计划在美国芝加哥(专题)召开的一次会议上发布最新结果,其中将包含比现在多得多的数据。实际上,根据欧洲核子中心的消息称,大型强子对撞机在2016年内采集的数据量目前已经超过了2015年全年的数据量。

因此,接下来的数周时间对于判断这个750 GeV信号是否的确是真实信号至关重要,或许它只是一个假信号?目前不能排除这一可能性。

不过,如果这的确是真实信号,那么我们实际上已经对它的某些基本性质已经有了一些了解。比如说,如果这种粒子的确存在,那么我们知道它会衰变为两个光 子,另外,它的粒子自旋数一定是0或者2。在物理学中,粒子自旋是基本粒子所具备的量子特性之一,这种性质具有很多重要的实用意义,比如应用于核磁共振成 像技术(MRI)。

如果这种粒子的自旋为0,就像希格斯-玻色子,那么它就有可能是2012年发现的这种被称作“上帝粒子”的神秘粒子的近亲,只是质量更大一些。

而另外一种可能性,如果这个粒子的自旋数为2,那么这就容易让人联想到引力子,这是一种目前还纯粹停留在理论层面上的粒子类型,它赋予物质第四种力的作用,那就是引力。引力是物理学中的一个大谜团,目前仍然无法在标准模型中找到相应的解释。

但一些物理学家对于使用引力子概念来解释引力持有怀疑态度,并倾向于寻找其他方式对自然界的这第四种基本力进行解释。

在数以万亿计的此类对撞案例中,科学家们注意到光子数量比理论计算地数量更多,用物理学家们的话来说,就是出现了一个“峰”。如果说的更加具体一些,那就是,科学家们发现总质量为750 GeV的光子对的数量偏多了

超对称理论的死刑?

很多在大型强子对 撞机工程工作的物理学家长期以来致力于对一种较为主流的,被称作“超对称”的理论进行探索。该理论认为那些存在于标准模型中的粒子类型应该都拥有一个对称 的粒子,只是目前还尚未被发现。根据这一理论,希格斯粒子(Higgs)的超对称粒子被称作“Higgsino”, 胶子(gluon)的超对称粒子被称作“gluino”,以此类推。

但不管这个750 GeV的信号究竟是什么,物理学家们相当确信的是,它应该不会是首个被发现的超对称粒子。索德纳-雷姆邦德教授指出:“发现某种现有物理学理论无法解释的东西是非常令人兴奋的,因为这就意味着存在着某种尚未被理解的基本理论。”

如果这一信号最终被认为为一种新粒子的发现,那么它将不会是孤立的。

索德纳-雷姆邦德教授表示:“在理想情况下,如果这一信号最终被证实,那么其他新的粒子也有可能以类似的方式被识别出来。”

到目前为止在大型强子对撞机项目中还尚未发现任何超对称现象存在的迹象,这一结果已经导致该理论的某些简化版本被排除,其余版本也正面临着巨大压力,甚 至很多人认为整个超对称理论都正面临着生死分界。不过,也有物理学家们指出,大型强子对撞机到目前为止所作的探索还远没有到能够彻底排除超对称理论可能性 的地步,还需要未来进一步的研究。

索德纳-雷姆邦德教授指出:“超对称并非人们突发奇想得出来的,它能够对标准模型中一些无法解决的问题给出合理解释。”因此,他认为我们当前还不能草率地抛弃超对称理论。

但不管这个750 GeV的信号最终被证实或者排除,科学家们都强调指出,大型强子对撞机是一个长期项目,在未来数十年内都将继续开展探索工作。

尽管当初找到希格斯-玻色子的工作相对顺利,很快就有了结果,但这并非常态,并非每年都能出现这样重大的进展。或许我们应该接受这样一种现实,那就是宇宙还不打算这么快就向我们展示自己全部的秘密。

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该日志由 goldcoin 于2016年07月12日发表在 趣闻 分类下, 你可以发表评论,并在保留原文地址及作者的情况下引用到你的网站或博客。
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