挑战粒子物理标准模型的 μ 子，被最新实验结果摁回去了

曾被认为可能“打破标准模型”的 μ 子，被科学家们摁回去了。

来自欧洲 LHCb 团队对实验数据进行了严格复核后，承认此前的分析存在问题：

实际上，结果与标准模型的预测是一致的。

要知道，此前这个重磅发现一旦被证实，就可能出现颠覆标准模型的新理论，甚至整个粒子物理学体系都会被改写。

然而如今这一系列结果却再次被证实不可靠 ——

所谓“μ 子出现异常”的关键证据，是由于一系列微妙的误差导致的。

LHCb 团队发言人、英国曼彻斯特大学物理学家 Chris Parkes 对此解释称：

在早先的测量中，科学家们错误地将一些其他粒子识别成了电子。
虽然大型强子对撞机（LHC）能很好地捕捉 μ 子，但对于它们来说，探测电子会更加困难。

对于不少试图推翻现有理论的物理家来说，这并不是一个好消息。

但即便如此，他们也并没有放弃对新理论的探索尝试。

曾被认为颠覆标准模型

标准模型，是解释夸克、电子等微观粒子的物理模型，被视为有史以来最成功的物理理论之一。

从 10 年前人们发现希格斯玻色子后，标准模型预言的所有粒子就都已被发现。

根据标准模型的预测，不同的带电轻子 —— 电子、μ 子、τ 子，这三种粒子只有质量不同，其他属性（如电荷，自旋等）都应完全相同，这种性质称为轻子味普适性（LFU）。

但 LHCb 团队一直试图寻找其中的异常，来打破标准模型，在过去数年间，他们就多次发表论文提出可能违反 LFU 的测量结果。

例如在 2021 年的一篇论文中，团队基于 LFU 理论研究了关于 K 介子的 B 介子的衰变过程。

原本这一过程中产生电子的概率和 μ 子的概率应该相等，但测量却发现 μ 子产生概率是电子的 85%，且置信度达到三个标准差（3σ）。

虽然还不到能用来宣称重大发现的 5σ，但也足够让人惊讶了。

BUT，LHCb 团队经过一年的长时间复核，发现这个实验结果是存在问题的。

在重新检查 K 介子的 B 介子的衰变过程相关数据时，LHCb 团队意识到这个异常是由一系列细微误差合并起来产生的。

他们将这一结果在 12 月 20 日的欧洲粒子物理研究所研讨会上进行了公开，也引起了不少物理学家的惊讶。

苏黎世大学理论物理学家 Gino Isidori 表示，这一结果确实出人意料，因为异常值看起来确实可能意味着“以前没见过的粒子”的存在：

我对这次结果感到遗憾，但 LHCb“诚实地”公开这次结果仍然是值得称赞的。

事实上，给科学家们制造“惊吓”已经是 μ 子的常规操作了。

但鉴于它仍旧是打破标准模型最大的希望之一，物理学家们并不打算放弃对它的研究。

最近发表在 Nature 子刊上的一篇新研究就表明，科学家们正在通过寻找一种新方法来测量 μ 子的性质，即制造强烈的 μ 子素粒子束以减少统计误差。

其中，μ 子素又称缈子偶素（符号 Mu，muonium），是一种奇异原子，电子绕正 μ 子旋转，是一种非常适合研究 μ 子的模型。

要想制造大量 μ 子素并不容易，但瑞士保罗谢勒研究所（PSI）和苏黎世联邦理工学院的科学家们成功实现了这一点。

他们用微波和激光，探测了低能 μ 子光束线上形成的 μ 子素的特性，首次测量出 μ 子素中某些非常特定的能量子水平之间的转变。

团队下一步目标是称量 μ 子，即进一步称量更高精度的 μ 子质量，作为其他实验常数计算的基础。研究人员表示：

如果实验顺利，我们可能将测量精度再提升 100 倍。

在这一系列测量中，关于 μ 子的新特性也可能会被发现，可能会再次对标准模型“发起挑战”。

论文地址：

[1]https://arxiv.org/abs/2212.09153

[2]https://arxiv.org/abs/2212.09152

参考链接：

本文来自微信公众号：量子位（ID：QbitAI），作者：羿阁萧箫

广告声明：文内含有的对外跳转链接（包括不限于超链接、二维码、口令等形式），用于传递更多信息，节省甄选时间，结果仅供参考，IT之家所有文章均包含本声明。