如果CERN发现了新粒子意味着什么?

作者: Feynman

发布日期: 2016-03-26

文章讨论了CERN发现新粒子的可能性及其对物理学标准模型的影响。通过LHC的实验,科学家们可能发现超越现有标准模型的新粒子,这可能开启一个新的物理时代。如果新粒子被证实,将有助于解释暗物质、中微子质量和物质与反物质不对称等谜题。

在上个世纪的60年代和70年代,物理学家的主要任务是寻找粒子标准模型的基本粒子。我们知道,原子并不是不可继续分割的,在原子的内部是亚原子,即基本粒子,包括电子、夸克和胶子。

此外,随着时间的流逝,物理学家又发现了一系列粒子:六种夸克和它们相应的反粒子(即反夸克),每一种夸克都有三种色;三种带电轻子和三种中性、低质量的中微子,它们各自又有其反粒子;以及玻色子:光子(传递电磁力),八种胶子(传递强核力),和W+、W-和Z(传递弱力),外加上帝的粒子——希格斯玻色子。

在标准模型建立之初,花了大约50年的时间物理学家才找到了所有的粒子。标准模型最伟大的胜利就发生在2012年,当CERN的大型强子对撞机(LHC)发现希格斯玻色子的时候。难道故事就这么结束了?我们已经找到所有的基本粒子了吗?并不是,在标准模型庆祝其伟大的胜利之时,紧随而来的是一系列其它的谜题,这些谜题又需要有一些新粒子的存在以解释我们所观测到的物理。

根据这些谜题,物理学家已经提出了很多不同的方案来解释这些现象,这些包括引进新的粒子。但是只有少数几个是非常有趣的,并且为大多数物理学家所追捧,包括超对称和额外维度。为什么这两个概念能够在众多理论中脱颖而出?因为如果他们正确,我们就应该会发现很多不包括在标准模型中的基本粒子,而这些粒子应该被LHC所发现!

去年12月,LHC的ATLAS团队宣布看到了一些证据(还不足以说是发现),在750GeV能量处或许产生了新的粒子,大约是希格斯玻色子质量的五倍。他们宣称这或许是另一个自旋为0的粒子,意味着它可能是另一个希格斯粒子!而另一个团队CMS看到了非常相似的情况,尽管他们的发现更像是一个自旋为2的粒子。

但是我们很快就能知道答案了。LHC在五月将重新以最高的能量和最大的亮度(也就是每秒碰撞的最大数量)运行,在仲夏的时候我们应该能够知道750GeV到底是一个货真价实的新粒子,或者仅仅是一个数据涨落。如果是新的粒子,也就意味着我们首次发现了超越标准模型的粒子,一个新的物理时代就将正式到来。但是,如果只是涨落,我们就有重新审视现有的理论模型。大自然的奥秘或许比物理学家想象中的更难以捉摸。

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