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新粒子与新物理学

作者:苗千

2018-02-05·阅读时长4分钟

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( 欧洲核子中心大型强子对撞机ATLAS探测器 )

如今物理学并不缺少各式各样的理论,缺少的是实验证实。在宇宙空间,在地表,在地下,实验物理学家们一次次地验证着早已成型且完整的理论,这让很多人感到束缚,甚至是绝望。正是因为如此,2015年12月15日,从欧洲核子中心(CERN)传出的消息已经开始让很多人兴奋不已——尽管这则消息还远算不上是一个新发现,但已经让物理学家看到了新物理学的希望。

2015年12月,欧洲核子中心大型强子对撞机(LHC)两个不同的探测器ATLAS和CMS分别探测到了一个此前没有人预料到的信号,物理学家们观测到了比理论计算结果更多的高能量光子。实际上,这个信号并不算非常明显:两束以接近光速运行的质子相撞,ATLAS探测器发现,在质子对撞产生的残余中,相比于根据标准模型的计算,多出了40对高能量光子。物理学家们估计,这些在质子对撞过程中产生的“多出来”的高能量光子,可能是由一种人们还没有发现过的粒子衰变而成,重要的是,这种尚未被验证的不带电粒子比此前发现的希格斯玻色子更重,是顶夸克质量的4倍多,目前也没有任何理论框架可以把这种粒子囊括其中。引力,加上标准模型所描述的三种基本作用是人类目前认识到的四种基本相互作用,可以解释目前所观测到的大部分物理现象,但是如果存在一种任何物理模型都无法描述的粒子——有些物理学家已经急不可耐地要开始探索“第五种”相互作用了——如果这种粒子真的存在的话。

根据欧洲核子中心CMS实验项目的一位物理学家统计,自从2015年12月传出了可能存在一种新粒子的消息之后,目前已经有285篇相关论文发表在网络上,声明可以解释这种粒子的存在,理论物理学家对于新理论的渴求程度可见一斑。问题在于,目前实验物理学家们只是发现了一些高能量的光子,新粒子的存在只是一种尚未被确认的可能性而已,与被确定是一个粒子物理学的“发现”还有很大的距离。

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苗千

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