包括电子、μ子(muon)

2018-12-05 11:59

简明亚原子物理学

这三项研究分别是在瑞士欧洲核子研究中心(cern)的大型强子对撞机底夸克实验(lhcb)、美国加州slac国家加速器实验室的babar大型探测器,以及日本的belle实验进行的,研究结果对轻子普适性的原理提出了挑战。

费米子中的亚原子粒子被称为夸克。当3个夸克结合时,会形成被称为重子的复合粒子。质子可能是最广为人知的重子。有时,夸克会与相应的反粒子(如反夸克,具有相同的质量和相反的电荷)相互作用,形成介子。

“τ粒子是关键,因为电子和μ子都得到了充分的测量。τ粒子的测量难度更大,因为它们衰变得非常快,”综述作者之一、加州大学圣芭芭拉分校弗朗哥·塞维拉(franco sevilla)说,“现在物理学家得以更好地研究τ粒子,我们看到,轻子普适性或许并不是标准模型所宣称的那样。”

综述团队表示,这三个研究给出的结果总体上具有99.95%的确定性。目前,研究人员希望确定这些结果是否预示着新的物理学现象,抑或只是统计学误差。

介子常常出现于较重的人造粒子的衰变,而这类衰变通常出现在粒子加速器、核反应堆和宇宙射线中。介子、重子和其他受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。

“我们还不确定这些结果如果证实,长期来看意味着什么,”塞维拉说,“首先,我们需要确定它们是真实的,然后需要进行补充实验,以确定这些结果的含义。”如果实验结果指向新粒子或新规律,或许就能填补我们对宇宙的认知空白,为暗物质如何形成和运作等问题提供线索。

综述中提到的三项研究分别是由美国、瑞士和日本的团队完成的。他们发现,基于电子和μ子的衰变速率,τ粒子的衰变速率要远高于标准模型的预测。尽管其中一个实验可能出现了统计学误差,但三个独立研究分别在三种不同环境下观测到了远高于预期的τ粒子衰变,这让粒子物理学家们有点坐不住了。

原子通常是由质子、中子和电子组成的,而它们又是由更小的基本粒子组成。基本粒子是人类目前已知的最小粒子,可以分为两类,一类是费米子,被认为是组成物质的粒子;另一类是玻色子,是使其他粒子聚集起来的媒介粒子。

今年早些时候,欧洲核子研究中心(cern)的大型强子对撞机底夸克实验(如图)发现了“耐人寻味的异常现象”,该发现与另外两个实验的结果或许将动摇粒子物理学的基础。

“这些研究的观测结果似乎对轻子普适性提出了挑战,”一支国际物理学家团队在发表于《自然》(nature)杂志的综述中写道,“这些结果的证实将指向新的粒子或相互作用,或许将对我们对粒子物理学的理解带来深远影响。”

大型强子对撞机(lhc)

轻子普适性是一个简单的规则,指的是特定基本粒子间的相互作用是一致的,尽管这些粒子具有不同的质量和寿命(衰变速率)。这些基本粒子被称为带电轻子,包括电子、μ子(muon),以及较重的τ粒子(tau)。

近期的一篇综述对三个独立进行的实验进行了总结,发现它们获得了“惊人类似”的结果。这些研究显示,轻子普适性——标准模型的基础假设——可能并不成立。恰恰相反的是,研究结果指向一种存在于粒子物理学标准模型之外的新现象。