自20 世紀(jì)70 年代發(fā)展以來(lái)，粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型在解釋粒子和最基本力的相互作用方面非常成功。它并沒(méi)有涵蓋所有內(nèi)容——主要缺失的部分包括暗物質(zhì)甚至重力——但它所涵蓋的內(nèi)容非常好，并且始終經(jīng)得起檢驗(yàn)其預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)。

但現(xiàn)在，一種經(jīng)過(guò)充分研究的粒子可能會(huì)威脅到標(biāo)準(zhǔn)模型。粒子的質(zhì)量可以根據(jù)它們與標(biāo)準(zhǔn)模型中其他粒子的關(guān)系來(lái)計(jì)算，然后可以將預(yù)測(cè)的質(zhì)量與粒子對(duì)撞機(jī)中的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行比較，以測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)模型的內(nèi)部一致性。由于一種名為W 玻色子的不起眼粒子，這個(gè)過(guò)程現(xiàn)在導(dǎo)致了重大差異。

W玻色子是攜帶弱力并調(diào)節(jié)核過(guò)程的基本粒子，就像太陽(yáng)中的核過(guò)程一樣。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，它們的質(zhì)量與希格斯玻色子和稱為頂夸克的亞原子粒子的質(zhì)量有關(guān)。在一項(xiàng)新研究中，近400 名科學(xué)家與美國(guó)能源部費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室對(duì)撞機(jī)探測(cè)器(CDF) 合作，花了十年時(shí)間研究從Tevatron 對(duì)撞機(jī)26 年數(shù)據(jù)中收集的420 萬(wàn)條數(shù)據(jù)。 W玻色子候選者。從這個(gè)寶藏中，該團(tuán)隊(duì)能夠計(jì)算出W 玻色子的質(zhì)量，誤差在0.01% 以內(nèi)，使其精度是之前最佳測(cè)量的兩倍。

根據(jù)他們的計(jì)算，W玻色子最新質(zhì)量測(cè)量的中心值和不確定度為804339 MeV/c2。這在之前一些測(cè)量的范圍之內(nèi)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的范圍，標(biāo)準(zhǔn)模型將其質(zhì)量定為80,357 6 MeV/c。

為了進(jìn)一步證實(shí)這一異?，F(xiàn)象，研究人員最近還利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)測(cè)量了W 玻色子的質(zhì)量，并于1 月份發(fā)表了一篇論文。一些未參與這項(xiàng)研究的物理學(xué)家更愿意支持標(biāo)準(zhǔn)模型，這是可以理解的。

實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家Martin Grnewald 在《科學(xué)》 雜志上的一份報(bào)告中說(shuō)：“所有這些測(cè)量都聲稱測(cè)量了相同的量?！?“我不會(huì)說(shuō)，一定有人錯(cuò)了，但也許犯了一個(gè)錯(cuò)誤，或者將錯(cuò)誤估計(jì)推得太遠(yuǎn)了?！?

但新CDF 分析背后的科學(xué)家表示，他們用于得出這些數(shù)字的程序已經(jīng)經(jīng)過(guò)了多年的適當(dāng)審查。事實(shí)上，最終測(cè)量結(jié)果隱藏在分析儀中，直到這些質(zhì)量檢查完成。

CDF 分析的主要作者Ashutosh Kotwal 表示：“我們的結(jié)果中涉及的改進(jìn)和額外檢查的數(shù)量是巨大的。我們考慮到我們對(duì)粒子探測(cè)器的進(jìn)一步了解，以及我們對(duì)W 玻色子與其他粒子相互作用的理解。理論和實(shí)驗(yàn)理解的進(jìn)展。當(dāng)我們最終發(fā)表結(jié)果時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)不同。”

如果新的數(shù)字得到證實(shí)，它可能暗示標(biāo)準(zhǔn)模型之外的未知粒子或新物理現(xiàn)象正在干擾預(yù)期的相互作用。畢竟，研究人員已經(jīng)知道這個(gè)框架是不完整的，進(jìn)一步的調(diào)查可能有助于解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。

CDF 聯(lián)合發(fā)言人戴維·托巴克(David Toback) 表示：“現(xiàn)在需要理論物理界和其他實(shí)驗(yàn)來(lái)跟進(jìn)并解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)?！?“如果實(shí)驗(yàn)值和預(yù)期值之間的差異是由于某種新的粒子或亞原子相互作用造成的，這是可能性之一，那么這很可能是在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)的東西。”

該研究發(fā)表在期刊《科學(xué)》上。