今年早些時(shí)候，歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)底夸克實(shí)驗(yàn)（如圖）發(fā)現(xiàn)了“耐人尋味的異常現(xiàn)象”，該發(fā)現(xiàn)與另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果或許將動(dòng)搖粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）

這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果指向了粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新現(xiàn)象

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，物理學(xué)界的一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)或許將動(dòng)搖粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)，并重塑我們對(duì)宇宙的認(rèn)知。近期的一篇綜述對(duì)三個(gè)獨(dú)立進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)它們獲得了“驚人類似”的結(jié)果。

這些研究顯示，輕子普適性——標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)假設(shè)——可能并不成立。恰恰相反的是，研究結(jié)果指向一種存在于粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新現(xiàn)象。

“這些研究的觀測(cè)結(jié)果似乎對(duì)輕子普適性提出了挑戰(zhàn)，”一支國(guó)際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在發(fā)表于《自然》（Nature）雜志的綜述中寫道，“這些結(jié)果的證實(shí)將指向新的粒子或相互作用，或許將對(duì)我們對(duì)粒子物理學(xué)的理解帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。”

輕子普適性是一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則，指的是特定基本粒子間的相互作用是一致的，盡管這些粒子具有不同的質(zhì)量和壽命（衰變速率）。這些基本粒子被稱為帶電輕子，包括電子、μ子（muon），以及較重的τ粒子（tau）。

綜述中提到的三項(xiàng)研究分別是由美國(guó)、瑞士和日本的團(tuán)隊(duì)完成的。他們發(fā)現(xiàn)，基于電子和μ子的衰變速率，τ粒子的衰變速率要遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)。盡管其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)學(xué)誤差，但三個(gè)獨(dú)立研究分別在三種不同環(huán)境下觀測(cè)到了遠(yuǎn)高于預(yù)期的τ粒子衰變，這讓粒子物理學(xué)家們有點(diǎn)坐不住了。

“τ粒子是關(guān)鍵，因?yàn)殡娮雍挺套佣嫉玫搅顺浞值臏y(cè)量。τ粒子的測(cè)量難度更大，因?yàn)樗鼈兯プ兊梅浅？?，”綜述作者之一、加州大學(xué)圣芭芭拉分校弗朗哥·塞維拉（Franco Sevilla）說(shuō)，“現(xiàn)在物理學(xué)家得以更好地研究τ粒子，我們看到，輕子普適性或許并不是標(biāo)準(zhǔn)模型所宣稱的那樣。”

這三項(xiàng)研究分別是在瑞士歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)底夸克實(shí)驗(yàn)（LHCb）、美國(guó)加州SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的BaBaR大型探測(cè)器，以及日本的Belle實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的，研究結(jié)果對(duì)輕子普適性的原理提出了挑戰(zhàn)。

綜述團(tuán)隊(duì)表示，這三個(gè)研究給出的結(jié)果總體上具有99.95%的確定性。目前，研究人員希望確定這些結(jié)果是否預(yù)示著新的物理學(xué)現(xiàn)象，抑或只是統(tǒng)計(jì)學(xué)誤差。

“我們還不確定這些結(jié)果如果證實(shí)，長(zhǎng)期來(lái)看意味著什么，”塞維拉說(shuō)，“首先，我們需要確定它們是真實(shí)的，然后需要進(jìn)行補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，以確定這些結(jié)果的含義?！比绻麑?shí)驗(yàn)結(jié)果指向新粒子或新規(guī)律，或許就能填補(bǔ)我們對(duì)宇宙的認(rèn)知空白，為暗物質(zhì)如何形成和運(yùn)作等問(wèn)題提供線索。

簡(jiǎn)明亞原子物理學(xué)

原子通常是由質(zhì)子、中子和電子組成的，而它們又是由更小的基本粒子組成?；玖Ｗ邮侨祟惸壳耙阎淖钚×Ｗ?，可以分為兩類，一類是費(fèi)米子，被認(rèn)為是組成物質(zhì)的粒子；另一類是玻色子，是使其他粒子聚集起來(lái)的媒介粒子。

費(fèi)米子中的亞原子粒子被稱為夸克。當(dāng)3個(gè)夸克結(jié)合時(shí)，會(huì)形成被稱為重子的復(fù)合粒子。質(zhì)子可能是最廣為人知的重子。有時(shí)，夸克會(huì)與相應(yīng)的反粒子（如反夸克，具有相同的質(zhì)量和相反的電荷）相互作用，形成介子。

介子常常出現(xiàn)于較重的人造粒子的衰變，而這類衰變通常出現(xiàn)在粒子加速器、核反應(yīng)堆和宇宙射線中。介子、重子和其他受到強(qiáng)相互作用影響的亞原子粒子都被稱為強(qiáng)子。（任天）