“标准模型没有死！”

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“标准模型没有死！”

编译｜王方

编辑｜赵路

排版｜志海


欧洲粒子物理实验室的 CMS 探测器。图片来源：Harold Cunningham

物理学家已经确定了基本粒子 W 玻色子的质量。近日，欧洲大型强子对撞机（LHC）紧凑型缪子螺线管（CMS）探测器的实验结果与标准模型的预测一致，给 2022 年的 W 玻色子质量异常发现泼了一盆冷水。这项研究暗示着虽然存在标准模型之外的现象，但标准模型仍是物理学家对粒子和力的最佳描述。

据《自然》报道，这一消息是在 9 月 17 日欧洲粒子物理实验室（CERN）举行的研讨会上宣布的。“标准模型没有死。”美国麻省理工学院粒子物理学家、CMS 合作项目成员 Josh Bendavid 说。

CMS 的此次实验结果是在 10 年时间里形成的，即 W 玻色子的质量为 803.602 亿电子伏特。“如果这个发现接近 2022 年的结果，我们就会宣布标准模型死亡。” Bendavid 说。

参与 CMS 实验的瑞士苏黎世大学实验粒子物理学家 Florencia Canelli 说：“我们能达到这样的精度，并在这个水平上对标准模型有这样的理解，这使科学界感到兴奋。”

2022 年的结果由美国费米国家加速器实验室的 CDF 实验得出。该实验使用了 10 年前的数据，计算出 W 玻色子比预测的更重，开启了标准模型出现“裂缝”的可能性。而 CMS 的结果则是对 LHC 产生的 W 玻色子质量的最精确测量，其精度与 CDF 的结果大致相当。

“如果我们发现了与标准模型完全不同的东西，对科学界来说可能会更好，因为这对该领域的未来而言是令人兴奋的。”美国加州大学洛杉矶分校粒子物理学家、CM S实验主要分析人员之一 Elisisabetta Manca 说。

W 玻色子及其姊妹粒子 Z 玻色子作为弱核力的载体参与了放射性衰变，是标准模型中为数不多的可以通过理论和实验进行高精度预测的数值之一。这使其成为寻找标准模型“裂缝”的好方法。

但 W 玻色子的质量极难测量。研究团队以前所未有的精度重建了 LHC 产生的约 1 亿个 W 玻色子衰变的 μ 子特性，然后将这些数据与 40 亿次模拟碰撞和衰变进行了比较——这些碰撞和衰变使用了不同的 W 玻色子质量值，以便寻找最佳的匹配结果。

研究团队利用最先进的软件和理论，将他们的结果与 W 和 Z 玻色子衰变的替代测量值进行了校准与交叉检查。研究显示，CMS 的结果与其他大型强子对撞机实验，如 ATLAS 和 LHCb 的结果基本一致，这些实验应用了不同的探测器和方法。

虽然人们从 CMS 实验结果中没有发现异常，但在 10 年过程中创造的工具，使物理学家能够进行其他精确测量。Manca 相信，这种高精度的比较最终将打破标准模型。

《中国科学报》 (2024-09-19 第 1 版 要闻)

王方 中国科学报 2024 年 09 月 19 日 09:04 北京