布法羅大學(xué)的多倫·瓦克羅斯(Dorren Wackeroth) 告訴《科學(xué)》雜志：

這種差異可能暗示存在一種從未被發(fā)現(xiàn)的粒子。

馬德里理論物理研究所的物理學(xué)家斯文·海涅邁爾甚至直接表示“這將徹底改變我們看待世界的方式”。

香港科技大學(xué)物理系助理教授王毅或許在知乎上給出了更直觀的回答，更能反映物理研究者的心情：當(dāng)你因病瀕臨死亡而震驚地坐起來時，你仍然可以發(fā)現(xiàn)新的物理學(xué).

這到底是怎么回事？

W玻色子重0.1%

首先，我們簡單介紹一下什么是W玻色子。

我們知道宇宙中有四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。

W玻色子是負(fù)責(zé)傳遞弱相互作用的基本粒子，其質(zhì)量與弱相互作用的強度有關(guān)。

更簡單地說，W玻色子是參與核聚變的重要粒子。

這次，費米實驗室的最新論文聚焦于W玻色子的質(zhì)量，做出了迄今為止最精確的測量：

科學(xué)家們繼續(xù)分析Tevatron對撞機2002年至2011年10年間產(chǎn)生的W玻色子數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)W玻色子的質(zhì)量為80,4439.4 MeV，比標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測值要重。失去76MeV——相當(dāng)于失去152個電子的質(zhì)量。

而且，該測量結(jié)果與理論值的偏差達(dá)到了7。這意味著統(tǒng)計偏差導(dǎo)致結(jié)果異常的概率不超過0.000000000256%。

總的來說，5可以算是真正意義上的物理新發(fā)現(xiàn)。

標(biāo)準(zhǔn)模型是解釋夸克、電子等微觀粒子的物理模型，在微觀領(lǐng)域取得了巨大成功。 2012年希格斯玻色子被發(fā)現(xiàn)后，標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的所有粒子都被發(fā)現(xiàn)了。

因此，盡管與理論值相比僅超重了0.1%，但如果這一實驗結(jié)論能夠被獨立、反復(fù)證實，則意味著很可能存在未被發(fā)現(xiàn)的粒子或力，這無疑將對現(xiàn)有的粒子物理學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。理論體系造成了影響。

比如希格斯機制。

由于弱力是短程力，因此W玻色子理論上是一個非常重的粒子。

為了解釋它的質(zhì)量，科學(xué)家引入了希格斯機制：

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，如果溫度足夠高并且物理系統(tǒng)的電弱對稱性不破缺，則所有基本粒子都沒有質(zhì)量。

當(dāng)溫度降至臨界溫度以下時，希格斯場就會變得不穩(wěn)定，并會躍遷到最低能態(tài)，即量子力學(xué)的真空。因此，整個物理系統(tǒng)的連續(xù)對稱性自發(fā)破缺，W玻色子、Z玻色子和費米子也會因此獲得質(zhì)量。

可以簡單理解為W玻色子的質(zhì)量是由希格斯機制給出的。

所以一旦W玻色子的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)模型下的預(yù)測值不符，就很有可能是希格斯機制出現(xiàn)了問題。

這意味著它背后可能存在一個全新的物理世界。

需要注意的是，費米實驗室的這一最新結(jié)果與他們在2012年發(fā)表的數(shù)據(jù)（8038719MeV）以及歐洲核子研究組織（CERN）通過ATLAS實驗得到的結(jié)果（8037019MeV）有所不同。

這些早期的實驗結(jié)論與標(biāo)準(zhǔn)模型一致。

因此，物理學(xué)研究人員現(xiàn)在正期待著歐洲大型強子對撞機盡快驗證最新結(jié)果。

標(biāo)準(zhǔn)模型的裂縫

事實上，這并不是標(biāo)準(zhǔn)模型第一次受到?jīng)_擊。

就在去年4月，同一個費米實驗室在頂級期刊《物理評論快報》上發(fā)表了實驗數(shù)據(jù)，稱子的磁性超出了理論預(yù)測，很難用標(biāo)準(zhǔn)模型解釋。

這可能意味著在與子相互作用的粒子中存在迄今為止未被發(fā)現(xiàn)的粒子，例如暗物質(zhì)粒子，或超對稱理論預(yù)測的粒子。

但除了最新的《Science》封面文章外，之前的“問題”都沒有達(dá)到新發(fā)現(xiàn)的粒子物理“黃金標(biāo)準(zhǔn)”——5。

也就是說，費米實驗室給出的這個新結(jié)果是迄今為止科學(xué)家們在標(biāo)準(zhǔn)模型中發(fā)現(xiàn)的最大“bug”。

總而言之，物理學(xué)界顯然將面臨一段忙碌的時期。

論文地址：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781

參考鏈接：

[1]https://www.science.org/content/article/mass-rare-article-may-conflict-standard-model-signaling-new-physicals

[2]https://www.quantamagazine.org/fermilab-says-article-is-heavy-enough-to-break-the-standard-model-20220407/