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(2015年)欧洲核子中心发现了一个质量为 750GeV 的新粒子存在证据,对物理学有何意义? 第1页

  

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听到这个消息,我整个人从椅子上蹦了起来…… 如果它是真的,这个700GeV的新粒子应该不在粒子物理标准模型的框架内,它是全新的!全新的!全新的!突破性的!突破性!突破性的!

白天的时候我把消息告诉坐在一旁的老外,他听了之后,瞪大眼睛问我:“700GeV? You're sure about that?Sure?Sure?OMG...” 研究机构里的小伙伴们一起到会议室看CERN的网络直播,发布会还没开始呢,大家的讨论已经十分热烈。周围有人是CMS和ATLAS合作组的,所以流传着一些小道消息……

简单的说,这个粒子是衰变到了两个光子,科学家们在搜寻双光子衰变时,看到700GeV附近有一个异常的凸起,经过反复研究确认,这不是已知的任何东西,这有可能是一个全新的粒子。

小道消息说,它的质量为700GeV(直播中好像说750GeV附近?),非常重(2012年发现的Higgs才125GeV呢),统计显著性大约3倍标准差,两个合作组加起来的得到的结果大约接近4倍标准差,量子数还不确定,只知道目前是从双光子末态“发现”了它。

有人猜测也许它是超对称粒子。对超对称理论的简单描述就是,除了我们所熟知的各种粒子之外,还存在超对称粒子,他们和常规的粒子非常相似,每一个费米子应该有与它对应的玻色子,反之亦然。这种理论能够帮助我们解释为何宇宙中物质比反物质多,这个理论也能够对暗物质的存在提供解释。然而之前的四十几年,实验从来没有发现过这个理论预言的任何粒子,不过很多物理学家一直没有放弃这个理论。物理学家们这么多年的希望,很多人都看好超对称理论,建造大型强子对撞机的重要目的之一就是寻找超对称粒子,这么多年寻寻觅觅,也许我们看到了曙光,这个发现要么证实超对称理论,要么干掉超对称理论,需要看后续的研究结果。

它也有可能是新的Higgs粒子,人们当然记得2012年CERN发现了质量为125GeV的Higgs。也许这个750GeV的新粒子是Higgs,毕竟有理论认为Higgs可能不只有一种,也许有好几种Higgs。

但是……终于看到了官方的报告,他们也考虑了别的可能,也许这个750GeV的粒子是Graviton——引力子——万有引力的传播子!这个脑洞开的也很大……不管它是什么东西,无论它是什么东西,如果它是真的,这都是突破性的。

说了这么多,稍微泼个冷水…… 在粒子物理实验中,3倍标准偏差以下称为迹象(hint,indication),3倍以上称为证据(evidence),5倍以上才能称为发现(discovery)。 我觉得不能排除这是一个“假”粒子,3到4倍sigma的local显著性,还没有达到5倍sigma的程度,何况global显著性没超过2倍sigma,这个所谓的“新粒子”说不准是统计涨落呢。今后增加统计量,获得更多的数据再看,如果反而看不到这个粒子了呢,也许它就是正常的涨落波动呢。

目前这个消息来自于CERN的研讨会,官方很谨慎,报告上没有说“发现”,只是说看到了一个小鼓包。相关的研究者都很兴奋,但报告人的意思是“我们也不知道这玩意儿是啥,你们别瞎想”,所以在这个研究圈子之外,暂时没有看到媒体的新闻报道,毕竟还不能最终确定。

再考虑CERN总是想搞大新闻的德性,有时会适当“夸大”某个东西…… 还是得等更多的run,2016年取得更多数据之后,我们再看这东西是不是真的存在。 目前的这个结果,不能说是发现(discovery),只能说是有迹象(indication)

很多人问,这个发现有什么意义?我看都看不懂。 对高能物理来说,这个粒子如果最后证明是真的存在,那么与这个粒子性质不符合的很多理论模型将被丢弃,我们需要新的观点和新的理论,我们对这个物质世界的了解会更进一步。 科学家们早就看标准模型不顺眼了,一直期望发现新物理。

至于说它对当代社会的政治经济生活,对普通人能发挥什么作用,我得说,没有作用。 不仅我们普通人离这些前沿很遥远,理解这些前沿需要很多很多的基础知识,哪怕是从事这行的科学家,大概也说不出这个东西对你的生活有什么用,我们不知道。 20世纪初,当时的实验发现了“两朵乌云”——迈克尔逊莫雷实验和紫外灾难。由此导致相对论和量子力学的诞生,当时的人们也不知道他们有什么用。 而今你的个人电脑和智能手机,里面的高性能芯片得益于半导体工业的发展,对半导体的实验和认识基于量子力学。现在我们有了火箭、原子弹、人造卫星、计算机等等,这些东西或多或少地依托于当时没有用的相对论和量子力学。

人类不能鼠目寸光,需要保持对宇宙和物质世界的好奇心,探索和发现它的规律,探寻自然的真相。指不准这些没用的东西将来也许有用呢。

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官方报告链接:ATLAS and CMS physics results from Run 2 (15 December 2015)

报告会上的相关结果如下



上面那张图中,左边的图在750GeV附近有一个小鼓包,这就是那个可能的“新粒子”。现场的科学家都很兴奋,两个报告的提问环节,大部分问题都集中在这个750GeV的东西上……

会场爆满,很多人席地而坐……

【完】

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一年多之后,答主回来更新:最新实验数据表明,这个粒子是假的。空欢喜!




  

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