歐洲核子研究中心(CERN)的物理學家們最近有點坐不住了。他們手里攥著一份即將發表在《物理評論快報》上的分析報告,這份報告指向一個令人不安的可能性:我們用了半個世紀的標準模型,在一個名叫“企鵝衰變”的過程里,可能真的兜不住了。
先別急著翻物理課本。事情要從大型強子對撞機(LHC)的LHCb實驗說起。這個實驗組不直接尋找未知的重粒子,而是干一件更精細的活——盯著已知粒子衰變時的“一舉一動”,看看有沒有什么藏得很深的粒子,以“虛擬粒子”的形式閃一下,攪亂原本應該規整的衰變過程。這次他們盯上的,是一種叫B介子的東西。
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B介子由底夸克和另一個更輕的夸克構成。物理學家專門分析了一種特定衰變通道:B介子衰變成一個含奇異夸克的K介子,外加兩個μ子。μ子是電子的胖親戚,質量大得多。研究人員測量了最終產物射出的角度分布,然后發現,實驗數據的角度和標準模型預言的,對不上號。這種偏差的證據,從2015年開始就一直在累積,現在越來越清晰了。
為什么叫企鵝衰變?這事得追溯到1977年。英國理論物理學家約翰·埃利斯跟人打賭輸了,作為懲罰,他下一篇論文的標題里必須塞進某個詞。埃利斯看著描述衰變過程的費曼圖,越看越像只企鵝,于是就用了“penguin”這個詞。沒想到這個名字就這么留下來了,還成了粒子物理學里尋找新物理的經典探針。
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從物理機制來看,企鵝衰變之所以被寄予厚望,是因為它走了一條量子力學的“環路”。衰變過程中會短暫冒出虛擬的重粒子,這些粒子哪怕能量高到對撞機直接造不出來,也能在環路里留下痕跡。如果存在超越標準模型的新粒子,它們最可能在這里被逮住。這次LHCb看到的角分布異常,很可能就是這類未知粒子在環路中出手干預的結果。
標準模型在解釋暗物質這類現象時確實無能為力,但在能檢驗的地方,它幾乎從沒輸過。之前W玻色子質量偏差那件事,一度被認為是標準模型的裂縫,結果隨著更精細的數據出來,裂縫自己愈合了。這次企鵝衰變會不會也重蹈覆轍?目前看來不太一樣,因為信號持續了七年多,而且越來越強。
物理學家們的態度很微妙:興奮,但克制。沒有誰急著宣布“新物理”已經被發現,因為這類信號最終要跨過5倍標準差的統計閾值才算正式承認,現在還差著火候。但每個人心里都清楚,如果企鵝衰變的角度偏差最終被確認,那就意味著標準模型這座大廈,終于要迎來多年來第一次真正的加蓋工程了。
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