歐洲核子中心，一塊巨大的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)CMS探測器圖幅覆蓋了40號(hào)樓的穹頂，非常壯觀

新浪科技訊 北京時(shí)間7月12日消息，據(jù)英國廣播公司(BBC)網(wǎng)站報(bào)道，人們想要知道，就在去年高調(diào)重啟之后，作為世界上最強(qiáng)大的機(jī)器，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)有沒有發(fā)現(xiàn)什么新的粒子？

或許在你的感覺里，好像自從2015年4月份這臺(tái)超級(jí)設(shè)備宣布完成技術(shù)升級(jí)并重新啟動(dòng)以來的確消息不多，但事實(shí)并非如此。來自世界各地的物理學(xué)家們正在抓緊時(shí)間分析由這臺(tái)世界上最強(qiáng)大的粒子加速器所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，升級(jí)之后的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)相比以前擁有了更加無與倫比的能級(jí)和強(qiáng)度。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)位置與結(jié)構(gòu)示意圖

不明信號(hào)

科學(xué)家們所作的所有這些努力可能并不會(huì)白費(fèi)，因?yàn)榫驮谌鹗咳諆?nèi)瓦的歐洲核子中心(CERN)辦公室和走廊里，這里的氣氛正越來越多地被興奮的情緒所籠罩，人們在熱烈討論著關(guān)于在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的粒子對(duì)撞數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的一個(gè)不明信號(hào)。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將兩束質(zhì)子流進(jìn)行高速對(duì)撞，隨后科學(xué)家們在撞擊產(chǎn)生的“粒子碎屑”中搜尋有無未知的粒子種類。

就在去年，在數(shù)以萬億計(jì)的此類對(duì)撞案例中，科學(xué)家們注意到期間產(chǎn)生的光子數(shù)量比理論計(jì)算地?cái)?shù)量更多，用物理學(xué)家們的話來說，就是出現(xiàn)了一個(gè)“峰”。如果說的更加具體一些，那就是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)總質(zhì)量為750 GeV的光子對(duì)的數(shù)量偏多了。

這可能暗示著存在一種新的，未知的大質(zhì)量粒子，其質(zhì)量要比CERN在2012年發(fā)現(xiàn)的希格斯-玻色子大出6倍。

如果能夠證明科學(xué)家們的確發(fā)現(xiàn)了一種新的粒子，這將是一件極其令人興奮的消息，因?yàn)槟壳盀橹髁骺茖W(xué)界所廣泛接受的粒子物理學(xué)基礎(chǔ)理論，也就是著名的“標(biāo)準(zhǔn)模型”并無法解釋我們在周圍的世界里所目睹的一切現(xiàn)象。

比如說，標(biāo)準(zhǔn)模型中找不到關(guān)于暗物質(zhì)的解釋，這種神秘物質(zhì)構(gòu)成了我們所處宇宙的24%。因此，歐洲核子中心的科學(xué)界們一直在致力于探尋那些可能會(huì)將我們引向?qū)τ钪娓铄湔J(rèn)識(shí)的新的物理現(xiàn)象。

自從2008年9月投入運(yùn)作以來，不斷有疑似信號(hào)出現(xiàn)然后再被否定。這樣的數(shù)據(jù)誤差是預(yù)期之內(nèi)的，并且在通常情況下，隨著越來越多后續(xù)數(shù)據(jù)的涌入，這樣的疑似信號(hào)很快就會(huì)消失。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)安裝的另外一臺(tái)探測器ATLAS。這臺(tái)探測器與另外一臺(tái)探測器CMS都檢測到了750 GeV的信號(hào)，引發(fā)人們的各種想象

還無法斷言

英國曼徹斯特大學(xué)粒子物理學(xué)主管史蒂芬·索德納-雷姆邦德(Stefan Söldner-Rembold)教授指出：“我們需要更多數(shù)據(jù)來確認(rèn)這個(gè)信號(hào)不會(huì)逐漸消失，而在那之前我們必須非常謹(jǐn)慎。人們現(xiàn)在之所以興奮，是因?yàn)閮膳_(tái)探測器(Atlas 和CMS)的數(shù)據(jù)中都出現(xiàn)了這個(gè)信號(hào)，并且位置也幾乎一樣。但即便如此，我們?nèi)匀贿€不能下定論。”

在粒子物理學(xué)上，宣布一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)是有統(tǒng)計(jì)學(xué)門檻的，也就是人們所說的“5個(gè)西格瑪”。這一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義是：某一信號(hào)是假信號(hào)的可能性低于350萬分之一，這一幾率大致相當(dāng)于你投擲22次硬幣，其中連續(xù)21次都是同一面朝上。

目前，針對(duì)這一異常情況，在論文預(yù)印本網(wǎng)站Arxiv上已經(jīng)有科學(xué)家上傳了一些論文試圖進(jìn)行解釋。不過，就在過去的幾個(gè)星期內(nèi)，有傳言稱隨著更多數(shù)據(jù)得到分析，這一異常信號(hào)正出現(xiàn)消退的跡象。

等到今年夏末，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)組計(jì)劃在美國芝加哥召開的一次會(huì)議上發(fā)布最新結(jié)果，其中將包含比現(xiàn)在多得多的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，根據(jù)歐洲核子中心的消息稱，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在2016年內(nèi)采集的數(shù)據(jù)量目前已經(jīng)超過了2015年全年的數(shù)據(jù)量。

因此，接下來的數(shù)周時(shí)間對(duì)于判斷這個(gè)750 GeV信號(hào)是否的確是真實(shí)信號(hào)至關(guān)重要，或許它只是一個(gè)假信號(hào)？目前不能排除這一可能性。

不過，如果這的確是真實(shí)信號(hào)，那么我們實(shí)際上已經(jīng)對(duì)它的某些基本性質(zhì)已經(jīng)有了一些了解。比如說，如果這種粒子的確存在，那么我們知道它會(huì)衰變?yōu)閮蓚€(gè)光子，另外，它的粒子自旋數(shù)一定是0或者2。在物理學(xué)中，粒子自旋是基本粒子所具備的量子特性之一，這種性質(zhì)具有很多重要的實(shí)用意義，比如應(yīng)用于核磁共振成像技術(shù)(MRI)。

如果這種粒子的自旋為0，就像希格斯-玻色子，那么它就有可能是2012年發(fā)現(xiàn)的這種被稱作“上帝粒子”的神秘粒子的近親，只是質(zhì)量更大一些。

而另外一種可能性，如果這個(gè)粒子的自旋數(shù)為2，那么這就容易讓人聯(lián)想到引力子，這是一種目前還純粹停留在理論層面上的粒子類型，它賦予物質(zhì)第四種力的作用，那就是引力。引力是物理學(xué)中的一個(gè)大謎團(tuán)，目前仍然無法在標(biāo)準(zhǔn)模型中找到相應(yīng)的解釋。

但一些物理學(xué)家對(duì)于使用引力子概念來解釋引力持有懷疑態(tài)度，并傾向于尋找其他方式對(duì)自然界的這第四種基本力進(jìn)行解釋。

在數(shù)以萬億計(jì)的此類對(duì)撞案例中，科學(xué)家們注意到光子數(shù)量比理論計(jì)算地?cái)?shù)量更多，用物理學(xué)家們的話來說，就是出現(xiàn)了一個(gè)“峰”。如果說的更加具體一些，那就是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)總質(zhì)量為750 GeV的光子對(duì)的數(shù)量偏多了

超對(duì)稱理論的死刑？

很多在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)工程工作的物理學(xué)家長期以來致力于對(duì)一種較為主流的，被稱作“超對(duì)稱”的理論進(jìn)行探索。該理論認(rèn)為那些存在于標(biāo)準(zhǔn)模型中的粒子類型應(yīng)該都擁有一個(gè)對(duì)稱的粒子，只是目前還尚未被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一理論，希格斯粒子(Higgs)的超對(duì)稱粒子被稱作“Higgsino”， 膠子(gluon)的超對(duì)稱粒子被稱作“gluino”，以此類推。

但不管這個(gè)750 GeV的信號(hào)究竟是什么，物理學(xué)家們相當(dāng)確信的是，它應(yīng)該不會(huì)是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的超對(duì)稱粒子。索德納-雷姆邦德教授指出：“發(fā)現(xiàn)某種現(xiàn)有物理學(xué)理論無法解釋的東西是非常令人興奮的，因?yàn)檫@就意味著存在著某種尚未被理解的基本理論。”

如果這一信號(hào)最終被認(rèn)為為一種新粒子的發(fā)現(xiàn)，那么它將不會(huì)是孤立的。

索德納-雷姆邦德教授表示：“在理想情況下，如果這一信號(hào)最終被證實(shí)，那么其他新的粒子也有可能以類似的方式被識(shí)別出來。”

超過1000枚偶極磁鐵將兩束粒子流加速到接近光速的速度并實(shí)現(xiàn)對(duì)撞

到目前為止在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目中還尚未發(fā)現(xiàn)任何超對(duì)稱現(xiàn)象存在的跡象，這一結(jié)果已經(jīng)導(dǎo)致該理論的某些簡化版本被排除，其余版本也正面臨著巨大壓力，甚至很多人認(rèn)為整個(gè)超對(duì)稱理論都正面臨著生死分界。不過，也有物理學(xué)家們指出，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)到目前為止所作的探索還遠(yuǎn)沒有到能夠徹底排除超對(duì)稱理論可能性的地步，還需要未來進(jìn)一步的研究。

索德納-雷姆邦德教授指出：“超對(duì)稱并非人們突發(fā)奇想得出來的，它能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)模型中一些無法解決的問題給出合理解釋。”因此，他認(rèn)為我們當(dāng)前還不能草率地拋棄超對(duì)稱理論。

但不管這個(gè)750 GeV的信號(hào)最終被證實(shí)或者排除，科學(xué)家們都強(qiáng)調(diào)指出，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是一個(gè)長期項(xiàng)目，在未來數(shù)十年內(nèi)都將繼續(xù)開展探索工作。

盡管當(dāng)初找到希格斯-玻色子的工作相對(duì)順利，很快就有了結(jié)果，但這并非常態(tài)，并非每年都能出現(xiàn)這樣重大的進(jìn)展。或許我們應(yīng)該接受這樣一種現(xiàn)實(shí)，那就是宇宙還不打算這么快就向我們展示自己全部的秘密。