大型強子對撞機并未發(fā)現(xiàn)新粒子

　　去年12月探測到的信號只是統(tǒng)計波動

　　ATLAS 探測器發(fā)現(xiàn)的新粒子跡象已經(jīng)消失。圖片來源：CERN

　　本報訊粒子物理學家的希望化為烏有。8個月前，在世界最大原子加速器——大型強子對撞機（LHC）上開展的試驗，報告了近年來首個完全出乎意料的新粒子存在的跡象。LHC坐落在瑞士的歐洲粒子物理實驗室——CERN內(nèi)。新粒子的發(fā)現(xiàn)可能要求對基本粒子和力的主流理論進行重新思考。不過，目前，LHC的物理學家收集并分析了約是去年12月所使用數(shù)據(jù)量4倍的數(shù)據(jù)。這些額外的數(shù)據(jù)顯示，新粒子的信號已經(jīng)消失，并且只是統(tǒng)計波動而已。

　　“我并不感到意外。”在超導環(huán)場探測器（ATLAS）上開展研究的德國電子同步加速器實驗室實驗人員Beate Heinemann表示，“我一直認為，新粒子被證明屬實的幾率不到5%。”27公里長的LHC為包括ATLAS在內(nèi)的4臺大型粒子探測器輸送“原料”。

　　新粒子的出現(xiàn)會讓物理學家興奮不已。雖然在近40年的時間里，關于基本力和自然界構筑模塊的主流理論——標準模型獲得了不可思議的成功，但最終還是有所欠缺。比如，它并未對引力作出解釋。然而，該理論解釋了在原子加速器上發(fā)現(xiàn)的一切，包括著名的希格斯玻色子——2012年在LHC上發(fā)現(xiàn)的標準模型“名冊”中的最后一個粒子。受困于自身成功的大多數(shù)粒子物理學家希望發(fā)現(xiàn)一些未曾預料的新粒子，從而將它們指向更深的理論。

　　去年12月發(fā)現(xiàn)的線索便指向了一種出乎意料的粒子。它似乎會衰減成一對高能光子，而這也是希格斯玻色子衰減的一種方式。不過，ATLAS實驗人員介紹說，假定的新粒子似乎要重得多，是質(zhì)子重量的800倍，而希格斯玻色子約為質(zhì)子重量的133倍。最誘人的是，在由LHC輸送“原料”的另一臺探測器——緊湊渺子線圈（CMS）上工作的研究人員似乎發(fā)現(xiàn)了這種粒子存在的相應證據(jù)，盡管其要微弱一些。研究結果引發(fā)轟動，因為當希格斯玻色子被發(fā)現(xiàn)時，它開始以大致相同的方式出現(xiàn)——作為衰減成兩個光子的少量粒子首次露面。

　　不過，有理由懷疑這是一種新粒子。比如，希格斯玻色子會衰減成標準模型粒子，但物理學家并未發(fā)現(xiàn)新粒子衰減成標準模型粒子其他組合的證據(jù)，因此它不可能只是希格斯玻色子的較重版本。相反，這種粒子需要更加復雜的解釋。此外，在被關閉兩年以修復限制其能量的設計缺陷之前，LHC一直從2010年運行到2013年年初，但物理學家并未在第一次運行期間發(fā)現(xiàn)這種粒子存在的證據(jù)。一種新粒子存在的可能性讓理論學家激動不已。他們在網(wǎng)絡預印本服務器arXiv.org上提出了近400種可能的解釋。

       然而，不幸的是，這種粒子并未出現(xiàn)在新數(shù)據(jù)中。8月5日，CMS和ATLAS的研究人員在美國芝加哥舉行的國際高能物理大會上報告了該結果。這表明，成對的光子信號只是統(tǒng)計上的僥幸——由探測器中隨機且并不相干的光子對產(chǎn)生。自然地統(tǒng)計漲落有時會造成這種純屬巧合的結果。“它的影響很小，但你時不時地會遇到。”在CMS上開展研究的內(nèi)布拉斯加大學實驗人員Kenneth Bloom認為，這種粒子從未被發(fā)現(xiàn)衰減成其他粒子組合的事實已經(jīng)表明了這一點。

　　會上，在實驗人員宣布假定的粒子并不存在后，5位理論學家緊跟著輪流解釋了這種粒子可能是什么。

　　不過，Bloom仍然認為，整個事件會很有用。目前，研究人員在一周內(nèi)收集的數(shù)據(jù)量相當于其在去年獲得的全部數(shù)據(jù)。他們希望，這些源源不斷的數(shù)據(jù)會產(chǎn)生一些新發(fā)現(xiàn)。“等下次我們發(fā)現(xiàn)一些出乎意料的事情時，如果它被證明屬實，我們將會更好地解釋它是什么”。（宗華）