科學家永遠無法確定地猜到大型強子對撞機(LHC)裏面的碰撞過程將產生甚麼奇異的粒子。這正是這項實驗總是吸引大量同行關注的原因。最近歐洲核研究組織(CERN)宣佈在他們四大粒子探測器之一—— 大型強子底夸克對撞機(LHCb)上,發現夸克的一些衰變規律,用最主流標準模型無法作出解釋。

在標準模型框架下,已知的構成物質的基本粒子之一夸克有六個味態,包括上(up)、下(down)、頂(top)、底(bottom)、粲(charm)和奇(strange)。其中底夸克在對撞實驗的衰變過程,應該產生等量的電子或渺子(muon,也寫作μ 子)。然而,新實驗發現了不符合這一預測的異常情形。

「我們第一次看到這些數據的時候,幾乎激動得顫抖,心跳都加速了。」參與這項研究的物理學家英國倫敦帝國學院(Imperial College London) 的帕特爾(Mitesh Patel)說:「雖然說這項發現違背標準模型還有點早,但這是我在這個領域研究20年來最令人激動的發現。」

20年來最令人激動的發現

標準模型是現在物理界用於解釋世界的支柱理論之一,描述了構成世界上所有物質的基本粒子,以及它們之間的作用力。但是現在,科學家意識到這個理論在解釋暗物質的構成,以及為甚麼這個世界正物質和反物質具有不對稱性等方面遇到很大的障礙。

為了解答這些困惑,科學家使用大型強子對撞機不斷進行實驗,尋找標準模型之外的物質。

大型強子對撞機是世界上最強的粒子對撞實驗設施,能夠把亞原子粒子加速到接近光速後進行碰撞。這樣的撞擊能產生各種新奇的粒子,物理學家不斷進行記錄、分析、研究。

標準模型認為電子和渺子就像一個家族內近親,除了質量存在微小的差異之外,其它特性都差不多,因此推測由大型強子底夸克對撞機實驗產生的夸克,衰變成渺子和電子的機率應該是一樣的。

可是近期的實驗發現一種含有反底夸克的介子——B介子(Bmeson)衰變成電子的了率超過渺子不符合標準粒子模型的預測。

最後,研究介紹這些數據結果是否為巧合機率的計算方法。他們說,粒子物理實驗的黃金法則要求,實驗結果是「巧合」的機率必須低於350萬分之一,才能宣佈是確鑿的結果。而這些數據是「巧合」的機率為千分之一,所以研究人員表示,現在宣佈任何確鑿的結論還太早。

這份研究報告3月22日發表於預印網arXiv。◇