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CERN发现罕见粒子衰变模式 与超对称模型不符

http://www.kexue.com 2012-11-19 09:43:37 腾讯科学  发表评论

CERN发现罕见粒子衰变模式与超对称模型不符
大型对撞机中Bs介子(蓝色)衰变成两个介子(紫色)

  近日科学家通过世界上最大的粒子加速器(位于瑞士边境的大型强子对撞机LHC)发现了极为罕见的粒子行为,对目前物理学的主流理论构成了重大打击,并使其受到质疑,涉及到构建宇宙的基石如暗物质问题等。来自大型强子对撞机的物理学家首次探测到一种特定类型的粒子衰变现象。目前对罕见粒子衰变的探测还只是初步的,研究人员还没有收集到足够的数据来证明他们所看到的现象不是一次随机性的事件。

  事实上,初步观测与标准模型符合的太好了,没有像希望的那样出现新物理的迹象。当前物理学界最受欢迎的理论之一为“超对称”理论,其认为所有已知的亚原子粒子都存在它的超对称粒子,只不过现在并未发现它们存在的踪迹。如果超对称粒子确实存在,那么这将帮助我们解释一些经典的物理学奥秘,比如暗物质的性质等。暗物质被认为是宇宙中最为神秘的事物之一,是一种占据近四分之一宇宙空间而无法探测到的物质,科学家称暗物质的组成成分为超对称粒子。

  根据11月12日来自大型强子对撞机底夸克探测器(LHCb)实验物理学家的最新消息,现在还不能对该现象进行反驳,但也无法进一步支持。根据工作于大型强子对撞机紧凑μ子线圈的粒子物理学家托马索·多里戈(Tommaso Dorigo)介绍:“许多新的物理理论受到一次沉重的打击,在此之前这些理论在标准模型框架下与实验观测较为相符。”比如超对称理论很好地解释了标准模型框架下亚原子粒子的行为,但新的发现对于超对称理论而言是个重大打击。

  来自大型强子对撞机底夸克探测器科学家的报告,新的罕见粒子行为是“Bs介子”痕迹,介子由夸克和反夸克组成的束缚态,Bs介子的形成涉及底反夸克变成奇夸克的过程中,衰变产生了两个μ介子。“底”和“奇”分别是夸克的两种“味”,而反夸克则是夸克的反粒子,就如同物质与反物质。“Bs介子”是不稳定的粒子,通常情况下在地球上无法探测到它们的踪迹,但当质子对撞实验时才有可能出现。位于瑞士边境的欧洲核子研究中心大型强子对撞机长达17英里或者27公里的地下环形轨道可以创造出许多奇异的粒子,其中就包括了Bs介子。

  根据标准模型的推测,该粒子衰变成介子对是非常罕见的事件,大约在每10亿年才会出现三次,通常这些粒子会变成其他物质。位于美国伊利诺伊州巴达维亚费米实验室的兆电子伏特加速器(Tevatron)在过去的十多年间一直没有探测到该粒子的衰变现象,但在今年三月,欧洲大型强子对撞机底夸克探测器物理学家宣布,他们已经了解到这种衰变的发生频率,现在的报告可认为是发现罕见粒子衰变现象的第一个证据。位于美国加州斯坦福直线加速器中心的理论物理学家兰斯·狄克逊(Lance Dixon)介绍:“这一发现显示了他们有能力探测到Bs介子参与的衰变模式并发现其信号。”

  即便是这样,大型强子对撞机底夸克探测器的科学家认为还需要更多的证据来确认Bs介子衰变是否真正发生。底夸克探测器对罕见宇宙粒子衰变的初步探测结果显示,这种稀有的衰变每10亿年左右才会发生3.2次,如果这一进程与标准模型的预测存在较大的出入,那么可能表示这是一种新的粒子,比如超对称粒子,一些模型预测超对称粒子将会在某种程度上增加粒子衰变的进程。

  兰斯·狄克逊认为现在的测量值非常接近标准模型的预测值,这意味着超对称粒子质量比预测的要重,或者只是一些其他的频谱抑制了粒子信号。但是研究人员并不会放弃寻找标准模型预测之外的新物理,底夸克探测器的发言人皮耶路易吉·坎帕纳(Pierluigi Campana)认为对超对称理论的研究并没有被我们的测量所排出在外,但目前该理论显示出了一些局限性,我们现在进行的探测是对超对称模型的检验,现在看来它似乎比以前更加健康。(Everett)

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