(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？
尽管如此，这个短暂的“750 GeV 粒子”发现，即使最终被证明是统计上的涨落，其过程和对物理学的影响仍然是值得详细探讨的。
发现的背景：标准模型与未知领域
在 2015 年，粒子物理学的基石是标准模型（Standard Model）。标准模型成功地描述了基本粒子（如夸克、轻子、玻色子）以及它们之间的三种基本相互作用（电磁力、弱核力、强核力）。然而，标准模型并非完美，它也存在一些未解决的问题和局限性：
暗物质和暗能量： 标准模型无法解释宇宙中占主导地位的暗物质和暗能量的本质。
引力： 标准模型无法纳入引力。
中微子质量： 标准模型最初认为中微子是没有质量的，但实验发现中微子具有微小的质量。
层级问题： 希格斯玻色子的质量为何如此之小（与普朗克尺度相比），这是一个“巧合”问题。
中微子之间的耦合： 标准模型中，电子、μ子和 τ 子这三种轻子之间没有直接的统一解释，为什么它们的质量和耦合方式有如此大的差异。
基于这些未解决的问题，物理学家们一直在积极寻找超出标准模型的新物理学。大型强子对撞机（LHC）是目前世界上能量最高的粒子对撞机，其主要目标之一就是发现新的粒子或新的相互作用，为解决标准模型的问题提供线索。
750 GeV 粒子的证据与信号
750 GeV 的信号是在对撞机对撞产生的质子质子碰撞数据中寻找特定衰变模式的。 ATLAS 和 CMS 实验主要关注的是：
高能光子对（γγ）的衰变： 750 GeV 的新粒子可能衰变成两个高能光子。在对撞机产生的海量数据中，科学家会搜寻出射光子能量和方向的特定模式，如果这些光子具有接近 750 GeV 的总能量，并且能量分布出现一个尖峰，就可能是一个新粒子的迹象。
其他衰变模式： 除了光子对，理论上这个粒子也可能衰变成其他粒子对，如一对顶夸克（tt̄）、一对底夸克（bb̄）、一对轻子对（ll）、一对胶子（gg）等等。
在 2015 年的实验数据中，ATLAS 和 CMS 分别独立地在光子光子衰变通道中观察到了一个统计学上略高于 2σ（西格玛）的偏差。虽然 2σ 的显著性不足以宣布发现，但它足以引起物理学界的关注和进一步的探索。
对物理学的潜在意义（如果它是一个真实粒子）
如果 750 GeV 的信号是一个真实存在的新粒子，那么它将具有极其重要的意义：
1. 直接证据超出标准模型：
新粒子种类： 750 GeV 的质量范围对于标准模型中的已知粒子来说并不属于任何一个“空隙”。所有标准模型中的费米子和玻色子，其质量和性质都已经被精确测量，而一个如此大质量的新粒子，直接证明了标准模型是不完整的。
新相互作用： 这个新粒子如何产生？它与标准模型中的粒子如何相互作用？这些问题的答案将揭示新的基本相互作用或更深层次的统一理论。
2. 解决标准模型的问题的线索：
暗物质候选者： 这个新粒子可能是一个稳定的或寿命较长的暗物质粒子。如果它不与标准模型粒子发生强相互作用，但通过某种新的弱相互作用或希格斯场等方式耦合，就可以解释暗物质的来源。750 GeV 的质量范围也为许多暗物质模型提供了可能。
超对称（SUSY）的迹象： 超对称理论预测存在标准模型粒子的“超对称伙伴”，这些伙伴粒子通常质量较大。一个 750 GeV 的粒子可能就是某个超对称粒子的衰变产物，或者它本身就是一个新的超对称粒子，为超对称理论提供了强有力的支持。
额外维度或新规范对称性： 一些超越标准模型的理论，如弦理论或额外维度理论，会预测存在大质量的粒子。这个粒子可能是一个来自额外维度的粒子，或者是一个具有新的规范对称性的玻色子。
希格斯场的新性质： 750 GeV 的粒子也可能与希格斯场有关，例如，它可能是希格斯场的一个复合粒子，或者参与了希格斯场的某种扩展。这可能有助于解决层级问题。
轻子普遍性的打破（Lepton Universality Violation）： 如果这个粒子能以不同的速率衰变成不同的轻子对（例如，衰变成电子反电子对比衰变成μ子反μ子对更频繁），那么它将直接挑战标准模型中的轻子普遍性原理。
3. 理论模型的检验与指引：
约束现有理论： 即使是统计上的偏差，它也为理论物理学家提供了非常具体的数据点来检验他们提出的各种超出标准模型的理论模型。例如，许多超对称模型、复合希格斯模型等都会对 750 GeV 的质量范围做出预测。
启发新理论： 这个信号的出现，即使最终是假阳性，也激励了物理学家们提出新的理论模型来解释它，并对未来实验进行预测，从而推动理论物理的发展。
从兴奋到谨慎：信号的消失
然而，随后的实验数据分析并未能进一步巩固这一信号。当实验收集了更多数据，并对系统误差进行了更精确的评估后，ATLAS 和 CMS 实验报告的 750 GeV 信号的统计学显著性逐渐下降。最终，科学家们普遍认为，这个在 2015 年观察到的信号很可能仅仅是统计涨落（statistical fluctuation），即在随机过程中偶然出现的、看起来像信号的偏差。
750 GeV 信号对物理学的影响（即使是假阳性）
尽管这个信号最终未能被确认为一个真实粒子，但它在物理学界仍然留下了重要的影响：
提升了实验技术和分析能力： 寻找如此微弱的信号，需要极其精密的探测器、复杂的触发系统、强大的计算能力以及高超的统计分析技巧。为了探索引导出 750 GeV 信号，LHC 的实验团队在这些方面都得到了极大的锻炼和提升。
激发了理论研究的热情： 这个信号在短时间内激起了物理学家们对超出标准模型物理学的极大热情，涌现了大量的理论文章和模型来解释它。即使信号消失，这些理论研究也为我们理解更广泛的物理现象提供了宝贵的思路和工具。
保持了物理学界的“警觉性”： 这个事件提醒了科学家们，在探索未知领域时，必须保持科学的严谨性和审慎。即使是看似强烈的信号，也需要经过充分的验证和独立确认才能被接受为一项发现。
为未来的搜寻设定了基准： 750 GeV 信号的搜寻过程本身，也为未来在不同能量范围和不同衰变通道中寻找新粒子提供了宝贵的经验和技术参考。
总结
2015 年关于 750 GeV 质量的新粒子的“发现”是粒子物理学领域一次激动人心但最终未能实现的探索。如果该粒子真实存在，它将直接证明标准模型并非终极理论，并为解决暗物质、超对称等物理学重大难题提供关键线索。虽然这一信号最终被归因于统计涨落，但其过程极大地提升了实验能力，激发了理论研究，并为粒子物理学的未来探索积累了宝贵的经验。这个事件生动地展示了科学发现的曲折性，以及实验数据和理论猜想之间相互作用的动态过程。
网友意见
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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