物理学家们现在应该欣喜若狂了。从表面上看,被称为μ介子的基本粒子具有惊人的强磁性,GydF4y2Ba本月的一项实验揭示了这一点GydF4y2Ba,表明已建立的基本粒子理论是不完整的。如果这一差异得以解决,这将是该理论自50年前创立以来首次未能解释观测结果,物理学家最喜欢的莫过于证明一个理论是错误的。GydF4y2Ba
但这一结果并没有指向一个新的革命性理论,而是由μ子于4月7日宣布的GydF4y2BaGGydF4y2Ba- 伊利诺伊州芝加哥附近的2实验 - 构成了谜语。似乎很难以一种与其他物理学家了解基本粒子的方式来解释它。在3月份通过碰撞器实验报告了μs行为中的其他异常,只会使这项任务更加努力。结果是,研究人员必须执行三个翻星的理论物理物理学,以制定解释工作。GydF4y2Ba
僵尸模型GydF4y2Ba
采取超重或Susy,一种理论,即许多物理学家曾经认为是延长当前范式的最有希望的粒子物理学的标准模型。超对称来自许多变体,但通常,标准模型中的每个粒子都有一个尚未发现的较重的对应物,称为SuperPartner。SuperPartners可能是“虚拟颗粒”中,不断流行进出μ子的空间,这是有助于解释为什么这个粒子的磁场比预期更强大的量子效应。GydF4y2Ba
如果是这样的话,这些粒子可以同时解决两个谜题:介子磁性和暗物质。暗物质是一种看不见的物质,通过它的引力,似乎可以防止星系飞离。GydF4y2Ba
直到十年前,各种各样的证据表明,重量高达几百个质子的超级队员可以构成暗物质。许多人预计,瑞士日内瓦省大的大都龙撞机(LHC)的碰撞会产生这种新颗粒的血清,但到目前为止没有物化。迄今为止,LHC生产的数据表明,典型的超级衬里,如果它们存在,则不能体重小于1,000质子(根据超微粒子的类型和超对称理论的风味,界限可以更高)。GydF4y2Ba
“许多人会说超重几乎已经死了,”德累斯顿理工大学理论物理学家迪克斯德德德国的理论物理学说,德国是穆恩的成员GydF4y2BaGGydF4y2Ba- 2的合作。但他仍然认为这是解释实验结果的一种合理方式。他说:“如果你把它与其他想法进行比较,它并不比其他想法差。”GydF4y2Ba
有一种方法可以在其中μ子GydF4y2BaGGydF4y2Ba- 2可以复活超对称,并为暗物质提供证据,Stöckinger说。可能没有一个超级Partner,但两个出现在LHC碰撞中,两者在大致相似的群众中,约为550和500质子。碰撞将产生更大量的,然后将其迅速衰减成两个粒子:更轻的超级Partner加上研磨型的标准模型粒子,携带50质子的质量差异的价值。GydF4y2Ba
大型强子对撞机探测器装备精良,只要普通粒子——带走两个超级伙伴之间质量差的粒子——足够大,就可以揭示这种衰变。但是一个非常轻的粒子可以在不被观察的情况下逃逸。“众所周知,这是大型强子对撞机的盲点,”加州门罗公园SLAC国家加速器实验室的理论家迈克尔·佩斯金说。GydF4y2Ba
麻烦的是,包括两个具有类似群体的超级专家的模型也倾向于预测宇宙应该含有比天文学家观察到更大的暗物质。因此,需要额外的机制 - 可以减少预测的暗物质数量的机制,Peskin解释。这增加了理论的复杂性。为了适应观察,所有部分都必须“恰到好”。GydF4y2Ba
与此同时,物理学家发现了更多关于μ子行为异常的线索。大型强子对撞机(LHC)的一项实验(称为LHCb)发现了初步证据,证明μ子作为某些称为B介子的较重粒子的击穿产物出现的频率明显低于电子。根据标准模型,μ子被认为在任何方面都与电子相同,除了它们的质量是电子的207倍。因此,B介子应该以几乎相等的速率产生电子和μ子。GydF4y2Ba
巴黎萨克雷大学的物理学家亚当·法尔科夫斯基说,LHCb的介子异常与新发现的介子磁性存在同样的问题:存在各种可能的解释,但它们都是“临时的”。法尔科夫斯基说:“我对这些从坟墓中拖出来的僵尸超苏西模型感到非常震惊。”GydF4y2Ba
其他选择GydF4y2Ba
解释muon的任务GydF4y2BaGGydF4y2Ba物理学家说,当研究人员试图捏造一个既符合这些发现又符合LHCb结果的理论时,2的结果变得更加困难。“很少有模型能同时解释这两种现象,”Stöckker说。特别是解释μ子的超对称模型GydF4y2BaGGydF4y2Ba–2和暗物质对LHCb没有任何作用。GydF4y2Ba
然而,有些解决方案却奇迹般地适用于两者。一种是轻子夸克——一种假设的粒子,可以将夸克转化为μ子或电子(这两种都是轻子的例子)。轻量级夸克可能会使物理学家在20世纪70年代为实现粒子物理学的“大统一”而进行的一次尝试复活,这表明粒子物理学的三种基本力——强、弱和电磁力——都是同一种力的各个方面。GydF4y2Ba
那个时代的大多数大统一方案都没有通过实验测试,幸存下来的细夸克模型变得更加复杂——但它们仍然有自己的支持者。瑞士苏黎世大学的理论家Gino Isidori说:“细夸克可以解决另一个大谜团:为什么不同的粒子家族有如此不同的质量。”一类是由较轻的夸克(质子和中子的组成部分)和电子组成的。另一个家族有更重的夸克和介子,第三个家族有更重的对应物。GydF4y2Ba
除了Leptoquark,还有另外一个主要竞争者可以调和LHCB和MUONGydF4y2BaGGydF4y2Ba–2个差异。它是一种被称为Z′玻色子的粒子,因为它与Z玻色子相似,Z玻色子携带着导致核衰变的“弱力”。英国剑桥大学的理论家Ben Allanach说,它也有助于解决这三个家庭的奥秘。“我们正在构建模型,其中一些特性非常自然地出现,你可以理解这些层次结构,”他说。他补充说,轻量级夸克和Z′玻色子都有一个优势:它们仍然没有被大型强子对撞机完全排除,但如果它们存在,机器最终应该会看到它们。GydF4y2Ba
LHC目前正在进行升级,它将在2022年4月再次开始粉碎质子。即将到来的数据可以加强μ子异常,也许提供了对长寻求新颗粒的暗示(虽然GydF4y2Ba提出的电子 - 正电子撞机GydF4y2Ba它的主要目的是研究希格斯玻色子,可能需要解决大型强子对撞机的一些盲点,佩斯金说)。与此同时,从明年开始,介子GydF4y2BaGGydF4y2Ba–2将发布进一步的测量结果。一旦更准确地了解了它,μ子磁性和理论之间的差异大小本身就可以排除一些解释,并指向其他解释。GydF4y2Ba
除非差异消失,标准模型再次获胜。本月报道的一项新计算表明,标准模型对μ介子磁性的预测值与实验结果非常接近。到目前为止,那些反对标准模型的人总是输,这使得物理学家们非常谨慎。“我们可能正处于一个新时代的开始,”Stöckker说。GydF4y2Ba
这篇文章是经允许转载的GydF4y2Ba第一次出版GydF4y2Ba2021年4月23日。GydF4y2Ba