光子探测：宇宙或存在第五种基本力

　据英国每日邮报报道，去年十二月大型强子对撞机（LHC）似乎发现了比希格斯玻色子（Higgs boson）更重的粒子的迹象。目前模型无法解释这颗粒子的存在，它可能导致发现一整套全新粒子的，甚至可能发现第五种基本力。

　　去年在日内瓦大型强子对撞机产生的数据里，两次单独的测量发现了一颗疑似粒子，后者似乎比希格斯玻色子重六倍。如果这颗粒子被证实是真实存在而非测量波动所致，那么它将是一项巨大的新发现。

　　佛罗伦萨意大利国家核物理学学会的研究科学家米歇尔-雷迪（Michele Redi）博士在期刊《科学美国人》上写道，暗示的新粒子或可能在“未来数周甚至数天内”被证实。“如果它是真的存在，我们将在基础物理学历史上书写全新的篇章，”雷迪博士说道。“我们无法想象这项发现将引发多少新发现。我们将很快知道答案。”

　　“大型强子对撞机能够进行粒子碰撞并提供新的实验数据，”欧洲粒子物理研究所（CERN）的发言人这样说道。“超环面仪器(ATLAS)和紧凑渺子线圈(CMS) 将合作分析这些数据，为2016年芝加哥ICHEP会议做准备，如果他们获得了足够的数据和新发现，那时候就能一见分晓。”

　　“我认为至少需要几周时间更新结果，因为我们需要小心翼翼分析数据。它可能会超出标准模型所定义的，甚至可能是一套全新粒子的冰山一角。” 英国国王学院的理论物理学家约翰-埃利斯（John Ellis）教授这样说道，“前提是它存在！”

　　ATLAS和CMS两个探测器都将通过计算产生两个光子的粒子衰变来寻找新的物理学。测量光子是检测新物理学的好方法，因为光子容易被检测到，同时物理学家也知道预计结果是什么。这两个探测器都观测到光子。

　　当粒子衰变成光子，它们会释放出相当于自身质量乘以光速平方的能量。我们都熟悉爱因斯坦的方程，然而最新观测与之并不符合，这意味着产生这些光子的粒子仍是未知，它释放出的能量相当于自身质量。“它的重量为750千兆电子伏，大约比希格斯玻色子重六倍，大约比质子重800倍。” 埃利斯说道。希格斯玻色子的发现最初也源于相似的“测量波动”。但现在的差异在于希格斯玻色子的存在已经被预测了。然而，标准模型并未预测这颗粒子——如果它存在的话——因此它或将为物理学家开启一个全新的未被探索的世界，甚至促进新型粒子的发现。

　　标准模型认为宇宙万物都是由名为基本粒子的最基本建构单元组成，它们是由四种力主导：引力、电磁力、微弱的核力和强大的核力。这些力的作用范围和强度各不相同。最新发现的这颗粒子——如果存在的话——并不符合标准模型的描述，因此可能开启新的粒子物理学。有些人预测它或可能导致第五种力的发现。“这是可能的，但至少要有一套未知的粒子来解释这种新粒子是如何衰变的，以及如何产生的。” 埃利斯说道。这一发现非常令人激动，因为标准模型里仍有一些问题未被解答，科学家们迫不及待的想要找到新理论。例如，它无法解释引力，因为它与我们对引力工作原理的解释并不兼容，它也无法解释暗物质粒子。

　　用于描述极小粒子的量子理论和描述宏观世界的广义相对论都很难调和。在标准模型下这两种理论从数学角度都无法兼容。根据大爆炸理论，宇宙伊始创造了相同量的物质和反物质，所以它们应该在宇宙存在的第一秒就相互湮灭。这意味着宇宙应该全是光，而几乎没有其它东西。然而，事实并非如此，一定是物质和反物质之间存在细微差别，从而导致宇宙里出现物质剩余，组成了我们看到的恒星，我们生活的行星以及我们人类自身。

　　然而，目前的观测远不足以证实粒子的存在。CERN的物理学家需要确定这些观测并非偶然，所以他们收集了更多数据以调查是否会再次观测到这颗粒子。然而，并非每个人都信服。“我并未从大型强子对撞机数据里看到有统计学意义的波动，指向一种新粒子的存在。” 研究CMS探测器的帕特里克-加诺（Patrick Janot）教授说道。

　　大型强子对撞机在四月开始了更多粒子碰撞，或可能证实或者否决这种粒子存在的结果很快将揭晓。“暑假你将听到确切的陈述，” 加诺教授在今年三月如是说。

转载请注明出处。