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無論在哪一個科學(xué)領(lǐng)域，最偉大的探索或許就是追求超越我們已有的認(rèn)知，找到比現(xiàn)有的更基本、更真實(shí)的對現(xiàn)實(shí)的描述。 在粒子物理學(xué)中，這樣的理論被稱作標(biāo)準(zhǔn)模型，它完整描述了已知存在的粒子和它們的相互作用。有趣的是，幾乎不會有物理學(xué)家否認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)模型是有史以來最成功的理論，但同時，也沒有人認(rèn)為它是一種完備的理論，一些科學(xué)家甚至相信，有朝一日它會被一種更全面的基本理論所取代。 為了找尋超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，科學(xué)家所做的很大一部分工作可以這么概括：他們創(chuàng)造出更重、更不穩(wěn)定的粒子，觀察它們的衰變，并將這些觀察結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測進(jìn)行比較。 的確，人們似乎隱約發(fā)現(xiàn)了某些裂痕，透出了一絲新物理的曙光。但近日，LHCb（大型強(qiáng)子對撞機(jī)底夸克實(shí)驗）的最新結(jié)果，或許讓一些物理學(xué)家原本燃起的一絲希望再次破滅了。 LHCb實(shí)驗。（圖／CERN） LHCb合作組公開了對罕見粒子衰變的最新測量結(jié)果，這為粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的一個關(guān)鍵屬性，也就是輕子味的普遍性，提供了迄今為止最高精度的檢驗之一。而標(biāo)準(zhǔn)模型再一次取得了驚人的勝利。目前，論文已上傳至預(yù)印本網(wǎng)站arXiv。 輕子味的普遍性 在標(biāo)準(zhǔn)模型中，構(gòu)成我們所知的物質(zhì)的粒子通常被稱為費(fèi)米子，由夸克和輕子組成，它們各有三代，還有自身的反粒子。普通物質(zhì)由第一代、最輕的粒子構(gòu)成。 夸克和輕子都有三代，每一代的區(qū)別在于它們有著不同的質(zhì)量。（圖／原理） 而標(biāo)準(zhǔn)模型中一個核心性質(zhì)被稱為輕子味的普遍性。它說的是，基本力（如電磁力、弱力和強(qiáng)力）對一個輕子的影響無關(guān)于輕子所屬的代。 帶電輕子和中微子，以及它們各自的反粒子，除了質(zhì)量不同之外，彼此的行為應(yīng)該都是一樣的。例如，當(dāng)一個大質(zhì)量的Z玻色子衰變時，它衰變?yōu)殡娮?正電子對的概率，與衰變?yōu)棣套?反μ子或者τ子-反τ子對的概率是一樣的。類似地，它衰變成所有三種味的中微子-反中微子對的概率也相同。 在這一部分中，實(shí)驗和理論非常一致，標(biāo)準(zhǔn)模型很“安全”。 但進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)家開始看到一些新的證據(jù)。一些實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含有底夸克的帶電和中性介子（B介子）衰變成一個帶有奇夸克的介子（K介子）和一個帶電輕子-反輕子對時，得到電子-正電子對（B → Ke?e?）的概率，與得到μ子-反μ子對（B → Kμ?μ?）的概率的差異，似乎遠(yuǎn)超過了它們質(zhì)量差異所能解釋的范疇。 這條來自實(shí)驗粒子物理學(xué)的線索讓許多人燃起了希望，或許我們已經(jīng)偶然發(fā)現(xiàn)了違反標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的結(jié)果？如果這能被證實(shí)，它很有可能是來自新粒子或新的基本力的影響，引領(lǐng)我們超越已知的物理學(xué)。 BaBar、Belle合作組以及前三次LHCb實(shí)驗公布的數(shù)據(jù)顯示了與理論預(yù)測之間的差異。（圖／LHCb Collaboration） 對“味的異?！钡难芯颗d趣在2021年3月達(dá)到了頂峰。當(dāng)時，LHCb展示了比較了某些B介子衰變?yōu)棣套雍碗娮拥淖钚陆Y(jié)果。它暗示B介子衰變?yōu)棣套拥母怕时阮A(yù)測的要低得多，兩者的相對衰變率大約比標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的理論值低3.1σ。 但與此同時，團(tuán)隊這幾年來也一直在嘗試進(jìn)行更為全面的新的分析。他們采用了LHC在第一輪和第二輪運(yùn)行期間收集的全部數(shù)據(jù)集的改進(jìn)和更廣泛的分析，它首次同時考慮了兩種不同的B介子衰變模式，并對可以模仿B介子衰變?yōu)殡娮拥谋尘斑^程進(jìn)行了更好的控制。此外，這兩種衰變模式是在兩個不同的質(zhì)量區(qū)域測量的，因此產(chǎn)生了4種獨(dú)立的衰變比較。 這些更精確、更全面的新結(jié)果，推翻了先前的比較，它們實(shí)際上與輕子味的普遍性原則所得到的理論預(yù)期非常一致?？梢赃@么說，標(biāo)準(zhǔn)模型又一次經(jīng)受住了嚴(yán)苛的考驗。 搜索仍在繼續(xù) 當(dāng)然，物理學(xué)家探索的腳步遠(yuǎn)沒有結(jié)束。目前正在運(yùn)行的LHC第三輪運(yùn)行的升級版實(shí)驗，將會收集更龐大的數(shù)據(jù)集，這將可以讓研究人員對稀有粒子衰變進(jìn)行更高精度的測試。 對科學(xué)家來說，現(xiàn)在說這種異常現(xiàn)象是不是真的存在，仍然很難下定論。它實(shí)際上告訴我們的是，還有很多未知的東西，無數(shù)未曾預(yù)料到的可能現(xiàn)象。
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