自從20世紀(jì)70年代開發(fā)以來，粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型在解釋粒子的相互作用和大多數(shù)基本力量方面一直非常成功。它并沒有涵蓋一切--主要的缺失部分包括暗物質(zhì)甚至是引力--但是它所涵蓋的內(nèi)容非常好，始終經(jīng)得起測(cè)試其預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)。
但是現(xiàn)在，一種經(jīng)過充分研究的粒子可能會(huì)威脅到這種標(biāo)準(zhǔn)模型。粒子的質(zhì)量可以通過它們與標(biāo)準(zhǔn)模型中其他粒子的關(guān)系來計(jì)算，然后這種預(yù)測(cè)的質(zhì)量可以與粒子對(duì)撞機(jī)中的實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，以測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)模型的內(nèi)部一致性。這個(gè)過程現(xiàn)在導(dǎo)致了一個(gè)重大的差異，這要?dú)w功于一個(gè)叫做W玻色子的不起眼的粒子。
W玻色子是攜帶弱力的基本粒子，調(diào)解像太陽中工作的那些核過程。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，它們的質(zhì)量與希格斯玻色子和一個(gè)叫做頂夸克的亞原子粒子的質(zhì)量有關(guān)。在一項(xiàng)新研究中，美國能源部費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室對(duì)撞機(jī)探測(cè)器（CDF）合作的近400名科學(xué)家花了十年時(shí)間研究了從 Tevatron對(duì)撞機(jī)26年的數(shù)據(jù)中收集的420萬個(gè)W玻色子候選者。從這個(gè)寶庫中，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)玻色子的質(zhì)量計(jì)算到0.01%以內(nèi)，使其比之前的最佳測(cè)量結(jié)果精確了一倍。
根據(jù)他們的計(jì)算，W玻色子的最新質(zhì)量測(cè)量的中心值和不確定度為80433±9MeV/c2。這在以前的一些測(cè)量范圍內(nèi)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)范圍，標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為它的質(zhì)量為80357±6MeV/c2。
進(jìn)一步鞏固了這一反?，F(xiàn)象，研究人員最近還使用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)測(cè)量了W玻色子的質(zhì)量，并在1月份發(fā)表了一篇論文。一些沒有參與這項(xiàng)研究的物理學(xué)家更愿意站在標(biāo)準(zhǔn)模型一邊，這是可以理解的。
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家Martin Grünewald在《科學(xué)》雜志的一篇報(bào)道中說：“所有這些測(cè)量都聲稱測(cè)量的是同一個(gè)量。一定有人，我不會(huì)說是錯(cuò)的，但也許是犯了一個(gè)錯(cuò)誤，或者把誤差評(píng)估推得太厲害了?！?/p>
但是新的CDF分析的科學(xué)家們說，他們用來得出數(shù)字的程序經(jīng)過了多年的適當(dāng)審查。事實(shí)上，在這些質(zhì)量檢查完成之前，最終的測(cè)量值被隱藏在分析儀中。
CDF分析的主要作者Ashutosh Kotwal說：“我們的結(jié)果所涉及的改進(jìn)和額外檢查的數(shù)量是巨大的。我們考慮到了我們對(duì)粒子探測(cè)器的改進(jìn)理解，以及對(duì)W玻色子與其他粒子相互作用的理論和實(shí)驗(yàn)理解方面的進(jìn)展。當(dāng)我們最終公布結(jié)果時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)不同?！?/p>
如果新的數(shù)字得到驗(yàn)證，它可能暗示著標(biāo)準(zhǔn)模型之外的未知粒子或新的物理學(xué)，它們正在干擾預(yù)期的相互作用。畢竟，研究人員已經(jīng)知道這個(gè)框架是不完整的，而進(jìn)一步的調(diào)查可能有助于揭開這個(gè)謎團(tuán)。
“現(xiàn)在要靠理論物理學(xué)界和其他實(shí)驗(yàn)來跟進(jìn)并揭開這個(gè)謎團(tuán)，”CDF聯(lián)合發(fā)言人David Toback說。“如果實(shí)驗(yàn)值和預(yù)期值之間的差異是由于某種新的粒子或亞原子相互作用造成的，這也是可能性之一，那么很有可能是在未來的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)的東西?！?/p>
這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
