現代物理學的根基動搖了

Daphane

來源：煎蛋網


經過十年的測量和另一個十年的細緻分析，科學家們近日宣布，一種基本粒子——W玻色子——的質量比理論給出的要大得多，這動搖了現代物理學的根基。

现代物理学以粒子物理学的标准模型为基，这是科学家们描述宇宙最基本组成部分以及支配它们的力量的最佳理论。

　　W玻色子支配着所谓的弱力，这是自然界的四种基本力之一，因此是标准模型的支柱。

然而，发表在Science上的报告表明，对 W 玻色子进行的最精确测量直接与模型的预测相矛盾。　

　　领导这项研究的杜克大学物理学家 Ashutosh Kotwal 告诉法新社，该结果花费了 400 多名科学家在 10 年内从“大约 450 万亿次碰撞的数据集”中仔细检查了 400 万个 W 玻色子候选者。

　　这些碰撞——通过以令人难以置信的速度将粒子粉碎在一起——由美国伊利诺伊州的 Tevatron 对撞机完成。

近400位作者署名

　　它一度是世界上能量最高的粒子加速器，直到 2009 年被日内瓦附近的大型强子对撞机所取代，后者以观测到希格斯玻色子而闻名。

　　Tevatron 于 2011 年停止运行，但费米实验室 (CDF) 对撞机探测器的科学家从那时起一直在处理历史数据。

　　地基上的裂痕

　　在大型强子对撞机工作的剑桥大学粒子物理学家Harry Cliff说，标准模型“可能是有史以来最成功的科学理论。它可以做出非常精确的预测。”但如果有预测被证明是错误的，则不能仅仅调整模型。

　　“里面的结构互相牵扯，你改动几处，最终都会崩溃。”

　　标准模型并非完美。

　　例如，它不考虑暗物质，暗物质与暗能量一起被认为构成了宇宙的 95%的质量。它还说，宇宙本来就不应该存在，因为大爆炸之后，物质应该再次湮灭。

　　但之前，我们缺少线索去寻找一个优于标准模型的理论。因为，即便不够完美，它自身也非常圆融，以人类当前的认知，近乎无懈可击。结果现在，它终于露出了破绽。

　　法国 CNRS 研究所的物理学家兼研究主任Jan Stark表示，“这要么是一项重大发现，要么是数据分析的那帮人犯了错。”并预测“未来几年将进行相当激烈的讨论”。

　　他告诉法新社，“非凡的主张需要非凡的证据。”

　　CDF 的科学家们表示，他们已经以 0.01% 的精度确定了 W 玻色子的质量——精度是之前的两倍。

　　他们发现玻色子与标准模型的预测相差七个标准差。

　　Cliff 说，如果你在掷硬币，“靠运气获得 5 sigma 结果的机会是百万分之一”。

　　“如果这是真的，而不是对如何计算存在的系统性误差，那么这将是一件大事，因为这意味着我们的宇宙中存在一种我们以前从未发现的新的基本成分。但是，如果说的是已经打破了标准模型那么大的事情，要让人们相信你，可能还需要不止一次的测量。”

　　CDF 的联合发言人David Toback 呼吁：“需要理论物理学界和其他实验来跟进，揭开谜团。”

　　经过十年的测量，Kotwal 还没有完全成功。

　　“我们追踪线索，不遗余力，所以我们会弄清楚这意味着什么。”