超精確測量 W 玻色子結果:質量過重,偏離標準模型

作者 | 發布日期 2022 年 04 月 15 日 18:45 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


來自全球 400 名物理學家、花費 10 年心力分析對撞機高達 420 萬個 W 玻色子事件後,最新精確測量結果表明,W 玻色子質量比標準模型預測值還要重非常多,若這份收集龐大數據的研究經得起推敲,將成為新粒子甚至暗物質參與其中的證據。

標準模型解釋了迄今為止看過每種粒子之間的相互作用, 2012 年時,歐洲大型強子對撞機(LHC)找到模型最後一個未知基本粒子:希格斯玻色子,使標準模型趨向完整。既然標準模型所有粒子都確認,物理學家便能開始測試理論的內部一致性,因為每個粒子屬性都取決於其他粒子屬性。

其中,使恆星燃燒並形成新元素、負責傳遞弱核力的 W 玻色子,質量取決於希格斯粒子與頂夸克質量。納入其他粒子的測量值,物理學家可預測 W 玻色子質量並尋找差異。

然而根據美國費米實驗室(FNAL)兆電子伏特加速器(Tevatron)1985~2011 年間收集的數據,由美國杜克大學粒子物理學家 Ashutosh Kotwal 領導的數百人團隊,花了 10 年時間分析 420 萬個 W 玻色子事件,得出最新精確測量結果,卻發現 W 玻色子質量為 80,443.5 MeV(質子 86 倍),比原本模型預測質量高出 7 個標準差。

這不是第一次出現模型粒子測量與預測結果不同,去年 4 月,費米實驗室的緲子 g-2(Muon g-2)實驗結果也發現,緲子(muon,μ 子)特性可能與標準模型預測不一致。

眾所周知,宇宙中存在感超強的兩樣東西:重力與暗物質,並不在標準模型解釋範圍內,為了弄清更基本理論,找到標準模型無法解釋的現象相當重要,如果研究成果經得起推敲(靠另一個實驗確認),則質量差異說明標準模型未正確預測,研究團隊成員之一、德州農工大學物理學家 David Toback 指出,很可能是某種新粒子或亞原子粒子以某種方式影響 W 玻色子的證據,甚至可能是暗物質參與其中。

一個明顯的新粒子候選者是超對稱理論(SUSY)預測的奇異粒子:標準模型中所有已知粒子的超對稱粒子(超伴子),不過包括大型強子對撞機在內,至今所有粒子加速器都未在數據中發現 SUSY 粒子跡象。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:費米實驗室

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