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神秘‘新’粒子

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一项新的研究分析使现今的物理学家对取得突破充满希望。但也让一些人感到失望。


目前,有关世界上最大的粒子加速器上得到的神秘新粒子线索又有些许增强。三个月前,工作在大型强子对装机(LHC)的科学家们在光谱中仿佛观测到这些端倪,科学家们一直在关注这种新粒子:尽管,现在,数据显著性有所增强,但仍不足以作为宣明一项发现的确凿证据。


12月,物理学家宣布他们已在伽马射线光谱中观测到结合能约为750千兆电子伏特附近有一个“突起”。其数据来自位于瑞士日内瓦欧洲粒子物理研究所(CERN),27km长的LHC的两个最大探测器ATLAS与CMS。


根据意大利拉特乌伊莱3月17日会议最新分析报告,CMS实验所观测到的信号显著性有些许增强。但令许多人失望的是,更为保守的数据解释结果表明事实上ATLAS所观测到的信号显著性有些许下降。


由于最新CMS分析数据包含了LHC 2015年早期碰撞信息,其数据增大了23%。而之前,由于冷却系统问题,探测器磁体被关闭。由于磁场会影响探测器的电子器件,所以需要对无外加磁场条件下采集到的数据分别进行细致的校正。CMS物理协调专员兼普林斯顿大学物理学家 James Olsen 说:“好消息是,我们现有的数据几乎如ATLAS那样多。”


探索路上的颠簸
另外,CMS团队已重新调节整个数据装置---研究人员每次运行后会做的工作,用以消除辐射对测量的影响。
瑞士联邦技术研究所(Swiss Federal Institute of Techonology,ETH)物理学家Pasquale Musella在拉特乌伊莱会议提到,利用补充数据与仪器微调,CMS波动数据统计性现已从1.2上升至1.6 sigma。


法国国家科研中心(CNRS)物理学家Marco Delmastro 在同一天呈交了ATLAS的结果。“粒子信号显著性的提高给予人们以希望。”他在评论CMS的结果时说道。但他也表示,谨慎仍是必要的。他引用Robert Heinlein科幻小说的标题,统计就像一个严厉的情妇。”


目前sigma值仍远低于物理学家为一项发现定义的临界值——5sigma,即千万分之三的概率发现这个偶然数据信号。而且,尽管计算时考虑到“它处搜寻”效应——即广泛搜集数据,从而提高发现偏移预期值的概率——但没有考虑光子只是LHC实验若干最终产物中的一种,ATLAS物理协调专员Marumi Kado 提醒道。然而,进行多项搜寻提高了至少一种获取数据波动机会的“渠道”。


零中搜寻
在下周拉特乌伊莱会议的更多报告中,有关该凸起的其他衰变线索的研究将提供进一步线索。目前,包括这周在CERN的报告,没有发现任何线索。但物理学家表示2015年的数据装置可能太小,以至于不能显示其他衰变模式的波动。


如果观测到的凸起来源于一种新粒子,它极有可能是一种从未被预测的与基本作用力相关的玻色子。来自LHC与其他地区的物理学家说这个发现至少将是自1975年意外发现T轻子以来粒子物理史上最重要的发现。相比于2012年发现的于标准模型预测的希格斯玻色子。“这将是对撞机机实验检测到标准模型以外的第一种粒子,”Olsen 说。


巴黎南大学线性加速器实验室的实验物理学家Kado说:“如果这个新信号属实,它将引起人们无穷的兴趣。这将带来许多可能与问题。研究这种粒子将妙不可言!”


但是这种凸起数据经常随更多数据的收集而消失,因此Kado与其他人仍呼吁要谨慎。Kado说:“我们的工作是去怀疑、不断检验可能存在的问题。”


理论狂热
与此同时,理论物理学家则进入狂热状态。CERN的理论物理学家Gian Francesco Giudice说:“在理论领域,我们谈论都是它。理论学家更倾向于情绪化。而实验学家则自然的更加谨慎,尤其体现在他们发表的官方申明。”


自12月结果公布以来,理论物理学家已向arXiv在线库呈交285篇文章来解释凸起现象。但至今未能就这是属于何种粒子达到一致。Giudice说,尤令人感兴趣的是这种粒子可能不是一匹“独狼”,只是许多未被发现的相关粒子中的一种。“有理由认为它就是一只离群的动物,在某个地方还有一群动物在等着我们去发现。”


紧随LHC冬季的关闭维护,在四月,即接下来的几周中,LHC粒子束将重新开始新的高能粒子撞击实验。物理学家说到六月,至多8月份,两个实验将获得足够多的数据来弄清这个小凸起是否为一项新的发现。
翻译:刘璋诚


校审:张程


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