霧裡看花「新粒子」

形成攜帶特定能量的兩個光子的粒子撞擊在LHC出人意料的普遍。

圖片來源：CERN/CMS Collaboration

全世界最大的粒子加速器產生的新神秘粒子的證據進一步得到強化。3個月前，大型強子對撞機（LHC）的粒子撞擊產生的額外光子引起物理學界一片騷動。現在，LHC一項實驗產生的新數據讓這一信號變得更加值得注意，但現在仍不能確切地稱其為一項發現。

去年12月，物理學家宣布，他們發現了一對額外的γ射線光子，其能量大約為750千兆電子伏。數據來自ATLAS（回型LHC實驗裝置）和CMS（緊湊型μ子螺旋型磁譜儀），它們是位於瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究中心（CERN）粒子物理實驗室27公里長的LHC上的兩個最大探測器。

根據3月17日在義大利拉特烏伊萊一次會議上的最新分析報告，CMS實驗觀察到的額外光子現在變得更值得注意。但是讓很多人沮喪的是，對ATLAS實驗同一天的分析報告並未包含新的數據，因此沒能對這種神秘額外光子的存在狀態作出任何改變。事實上，分析表明ATLAS看到的現象並不客觀，僅是對此前的數據集更加保守的解釋，法國國家科學研究中心理論物理實驗室物理學家Marco Delmastro在解釋關於ATLAS的報告時說。

最新CMS分析採用的數據集比去年12月報告的實驗規模大了22%，因為其中包含了LHC在2015年早期的對撞結果，當時由於該裝置冷卻系統發生故障，探測器的磁場裝置被關停。磁場會影響探測器的電子，因為在沒有磁場的背景下收集的數據需要仔細分開校正。「好消息是，我們現在擁有幾乎和ATLAS一樣多的數據。」美國新澤西州普林斯頓大學物理學家、CMS物理協調員James Olsen說。

CMS團隊還重新校正了全部數據集，研究人員通常會在每次運行結束後進行這項工作，以了解放射性如何影響他們的測量。

加上額外的數據以及調整後的校正，CMS撞擊的統計顯著性已經從1.2上升到1.6西格馬，瑞士聯邦理工學院物理學家Pasquale Musella在會議上說。「其額外光子上升是一個充滿希望的信號。」Delmastro針對CMS的研究結果說，「但是也有必要審慎對之。數據是無情的情人。」他引用羅伯特·海因萊因的小說補充說。

CMS所報告的顯著性仍然遠低於物理學家稱之為一項發現的門檻：5西格馬，或者數據統計結果中的信號達到3/1000萬的幾率。此外，儘管計算考慮了「在別處找答案」的效應（在此過程中，偏離預期更可能出現在探索大範圍能量時，而不是在尋找具體的、已成立的窗口時），但卻沒有考慮光子只是LHC物理學家測試的重要最終產品之一，巴黎第十一大學線性加速實驗室物理學家、ATLAS物理協調員Marumi Kado警告說。然而，進行多次搜尋會增加至少一種類似「渠道」可能包含一些統計波動的幾率。

隨著拉特烏伊萊會議的召開，還可能出現更多關於額外光子的線索：由於粒子還會衰退成兩個光子之外的其他物質，因此其他探測可能也會出現意外發現。到目前為止，類似的探測包括CERN早些時候的一項報告都一無所獲，但是物理學家表示，2015年的數據集可能規模過小，難以在其他衰變模式中發現意外收穫。

如果額外光子真的是一種粒子，它很有可能是從未有人預測到的玻色子——與基本作用力相關聯的一種粒子。LHC以及其他機構的物理學家表示，這項發現可能是自1975年意外發現輕子以來，在粒子物理學領域最大的發現。相比之下，2012年發現的希格斯玻色子是由標準粒子物理模型預測的。「它很有可能是在標準模型之外在對撞實驗中發現的首個粒子。」Olsen說，「如果它確實是新信號，那麼將蘊涵著令人難以置信的趣味。」Kado說：「它將會打開如此多的可能性，如此多的問題。研究它將會是奇妙的經歷。」（馮麗妃）

《中國科學報》 (2016-03-31 第3版 國際)

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