大型強子對撞機并未發現新粒子

　　去年12月探測到的信號只是統計波動

　　ATLAS 探測器發現的新粒子跡象已經消失。圖片來源：CERN

　　本報訊粒子物理學家的希望化為烏有。8個月前，在世界最大原子加速器——大型強子對撞機（LHC）上開展的試驗，報告了近年來首個完全出乎意料的新粒子存在的跡象。LHC坐落在瑞士的歐洲粒子物理實驗室——CERN內。新粒子的發現可能要求對基本粒子和力的主流理論進行重新思考。不過，目前，LHC的物理學家收集并分析了約是去年12月所使用數據量4倍的數據。這些額外的數據顯示，新粒子的信號已經消失，并且只是統計波動而已。

　　“我并不感到意外。”在超導環場探測器（ATLAS）上開展研究的德國電子同步加速器實驗室實驗人員Beate Heinemann表示，“我一直認為，新粒子被證明屬實的幾率不到5%。”27公里長的LHC為包括ATLAS在內的4臺大型粒子探測器輸送“原料”。

　　新粒子的出現會讓物理學家興奮不已。雖然在近40年的時間里，關于基本力和自然界構筑模塊的主流理論——標準模型獲得了不可思議的成功，但最終還是有所欠缺。比如，它并未對引力作出解釋。然而，該理論解釋了在原子加速器上發現的一切，包括著名的希格斯玻色子——2012年在LHC上發現的標準模型“名冊”中的最后一個粒子。受困于自身成功的大多數粒子物理學家希望發現一些未曾預料的新粒子，從而將它們指向更深的理論。

　　去年12月發現的線索便指向了一種出乎意料的粒子。它似乎會衰減成一對高能光子，而這也是希格斯玻色子衰減的一種方式。不過，ATLAS實驗人員介紹說，假定的新粒子似乎要重得多，是質子重量的800倍，而希格斯玻色子約為質子重量的133倍。最誘人的是，在由LHC輸送“原料”的另一臺探測器——緊湊渺子線圈（CMS）上工作的研究人員似乎發現了這種粒子存在的相應證據，盡管其要微弱一些。研究結果引發轟動，因為當希格斯玻色子被發現時，它開始以大致相同的方式出現——作為衰減成兩個光子的少量粒子首次露面。

　　不過，有理由懷疑這是一種新粒子。比如，希格斯玻色子會衰減成標準模型粒子，但物理學家并未發現新粒子衰減成標準模型粒子其他組合的證據，因此它不可能只是希格斯玻色子的較重版本。相反，這種粒子需要更加復雜的解釋。此外，在被關閉兩年以修復限制其能量的設計缺陷之前，LHC一直從2010年運行到2013年年初，但物理學家并未在第一次運行期間發現這種粒子存在的證據。一種新粒子存在的可能性讓理論學家激動不已。他們在網絡預印本服務器arXiv.org上提出了近400種可能的解釋。

       然而，不幸的是，這種粒子并未出現在新數據中。8月5日，CMS和ATLAS的研究人員在美國芝加哥舉行的國際高能物理大會上報告了該結果。這表明，成對的光子信號只是統計上的僥幸——由探測器中隨機且并不相干的光子對產生。自然地統計漲落有時會造成這種純屬巧合的結果。“它的影響很小，但你時不時地會遇到。”在CMS上開展研究的內布拉斯加大學實驗人員Kenneth Bloom認為，這種粒子從未被發現衰減成其他粒子組合的事實已經表明了這一點。

　　會上，在實驗人員宣布假定的粒子并不存在后，5位理論學家緊跟著輪流解釋了這種粒子可能是什么。

　　不過，Bloom仍然認為，整個事件會很有用。目前，研究人員在一周內收集的數據量相當于其在去年獲得的全部數據。他們希望，這些源源不斷的數據會產生一些新發現。“等下次我們發現一些出乎意料的事情時，如果它被證明屬實，我們將會更好地解釋它是什么”。（宗華）