去年12月探測(cè)到的信號(hào)只是統(tǒng)計(jì)波動(dòng)

　　ATLAS 探測(cè)器發(fā)現(xiàn)的新粒子跡象已經(jīng)消失。圖片來源：CERN

　　本報(bào)訊粒子物理學(xué)家的希望化為烏有。8個(gè)月前，在世界最大原子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）上開展的試驗(yàn)，報(bào)告了近年來首個(gè)完全出乎意料的新粒子存在的跡象。LHC坐落在瑞士的歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室——CERN內(nèi)。新粒子的發(fā)現(xiàn)可能要求對(duì)基本粒子和力的主流理論進(jìn)行重新思考。不過，目前，LHC的物理學(xué)家收集并分析了約是去年12月所使用數(shù)據(jù)量4倍的數(shù)據(jù)。這些額外的數(shù)據(jù)顯示，新粒子的信號(hào)已經(jīng)消失，并且只是統(tǒng)計(jì)波動(dòng)而已。

　　“我并不感到意外。”在超導(dǎo)環(huán)場(chǎng)探測(cè)器（ATLAS）上開展研究的德國(guó)電子同步加速器實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)人員Beate Heinemann表示，“我一直認(rèn)為，新粒子被證明屬實(shí)的幾率不到5%。”27公里長(zhǎng)的LHC為包括ATLAS在內(nèi)的4臺(tái)大型粒子探測(cè)器輸送“原料”。

　　新粒子的出現(xiàn)會(huì)讓物理學(xué)家興奮不已。雖然在近40年的時(shí)間里，關(guān)于基本力和自然界構(gòu)筑模塊的主流理論——標(biāo)準(zhǔn)模型獲得了不可思議的成功，但最終還是有所欠缺。比如，它并未對(duì)引力作出解釋。然而，該理論解釋了在原子加速器上發(fā)現(xiàn)的一切，包括著名的希格斯玻色子——2012年在LHC上發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)模型“名冊(cè)”中的最后一個(gè)粒子。受困于自身成功的大多數(shù)粒子物理學(xué)家希望發(fā)現(xiàn)一些未曾預(yù)料的新粒子，從而將它們指向更深的理論。

　　去年12月發(fā)現(xiàn)的線索便指向了一種出乎意料的粒子。它似乎會(huì)衰減成一對(duì)高能光子，而這也是希格斯玻色子衰減的一種方式。不過，ATLAS實(shí)驗(yàn)人員介紹說，假定的新粒子似乎要重得多，是質(zhì)子重量的800倍，而希格斯玻色子約為質(zhì)子重量的133倍。最誘人的是，在由LHC輸送“原料”的另一臺(tái)探測(cè)器——緊湊渺子線圈（CMS）上工作的研究人員似乎發(fā)現(xiàn)了這種粒子存在的相應(yīng)證據(jù)，盡管其要微弱一些。研究結(jié)果引發(fā)轟動(dòng)，因?yàn)楫?dāng)希格斯玻色子被發(fā)現(xiàn)時(shí)，它開始以大致相同的方式出現(xiàn)——作為衰減成兩個(gè)光子的少量粒子首次露面。

　　不過，有理由懷疑這是一種新粒子。比如，希格斯玻色子會(huì)衰減成標(biāo)準(zhǔn)模型粒子，但物理學(xué)家并未發(fā)現(xiàn)新粒子衰減成標(biāo)準(zhǔn)模型粒子其他組合的證據(jù)，因此它不可能只是希格斯玻色子的較重版本。相反，這種粒子需要更加復(fù)雜的解釋。此外，在被關(guān)閉兩年以修復(fù)限制其能量的設(shè)計(jì)缺陷之前，LHC一直從2010年運(yùn)行到2013年年初，但物理學(xué)家并未在第一次運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)這種粒子存在的證據(jù)。一種新粒子存在的可能性讓理論學(xué)家激動(dòng)不已。他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)預(yù)印本服務(wù)器arXiv.org上提出了近400種可能的解釋。

       然而，不幸的是，這種粒子并未出現(xiàn)在新數(shù)據(jù)中。8月5日，CMS和ATLAS的研究人員在美國(guó)芝加哥舉行的國(guó)際高能物理大會(huì)上報(bào)告了該結(jié)果。這表明，成對(duì)的光子信號(hào)只是統(tǒng)計(jì)上的僥幸——由探測(cè)器中隨機(jī)且并不相干的光子對(duì)產(chǎn)生。自然地統(tǒng)計(jì)漲落有時(shí)會(huì)造成這種純屬巧合的結(jié)果。“它的影響很小，但你時(shí)不時(shí)地會(huì)遇到。”在CMS上開展研究的內(nèi)布拉斯加大學(xué)實(shí)驗(yàn)人員Kenneth Bloom認(rèn)為，這種粒子從未被發(fā)現(xiàn)衰減成其他粒子組合的事實(shí)已經(jīng)表明了這一點(diǎn)。

　　會(huì)上，在實(shí)驗(yàn)人員宣布假定的粒子并不存在后，5位理論學(xué)家緊跟著輪流解釋了這種粒子可能是什么。

　　不過，Bloom仍然認(rèn)為，整個(gè)事件會(huì)很有用。目前，研究人員在一周內(nèi)收集的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于其在去年獲得的全部數(shù)據(jù)。他們希望，這些源源不斷的數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一些新發(fā)現(xiàn)。“等下次我們發(fā)現(xiàn)一些出乎意料的事情時(shí)，如果它被證明屬實(shí)，我們將會(huì)更好地解釋它是什么”。（宗華）