挑戰粒子物理標準模型的μ子，被最新實驗結果摁回去了_風聞

　　羿閣 蕭簫 發自 凹非寺

　　量子位 | 公眾號 QbitAI

　　曾被認為可能“打破標準模型”的μ子，被科學家們摁回去了。

　　來自歐洲LHCb團隊對實驗數據進行了嚴格複核後，承認此前的分析存在問題：

　　實際上，結果與標準模型的預測是一致的。

　　要知道，此前這個重磅發現一旦被證實，就可能出現顛覆標準模型的新理論，甚至整個粒子物理學體系都會被改寫。

　　然而如今這一系列結果卻再次被證實不可靠——

　　所謂“μ子出現異常”的關鍵證據，是由於一系列微妙的誤差導致的。

　　LHCb團隊發言人、英國曼徹斯特大學物理學家Chris Parkes對此解釋稱：

　　在早先的測量中，科學家們錯誤地將一些其他粒子識別成了電子。

　　雖然大型強子對撞機（LHC）能很好地捕捉μ子，但對於它們來説，探測電子會更加困難。

　　對於不少試圖推翻現有理論的物理家來説，這並不是一個好消息。

　　但即便如此，他們也並沒有放棄對新理論的探索嘗試。

　　曾被認為顛覆標準模型

　　標準模型，是解釋夸克、電子等微觀粒子的物理模型，被視為有史以來最成功的物理理論之一。

　　從10年前人們發現希格斯玻色子後，標準模型預言的所有粒子就都已被發現。

　　根據標準模型的預測，不同的帶電輕子——電子、μ子、τ子，這三種粒子只有質量不同，其他屬性（如電荷，自旋等）都應完全相同，這種性質稱為輕子味普適性（LFU）。

　　但LHCb團隊一直試圖尋找其中的異常，來打破標準模型，在過去數年間，他們就多次發表論文提出可能違反LFU的測量結果。

　　例如在2021年的一篇論文中，團隊基於LFU理論研究了關於K介子的B介子的衰變過程。

　　原本這一過程中產生電子的概率和μ子的概率應該相等，但測量卻發現μ子產生概率是電子的85%，且置信度達到三個標準差（3σ）。

　　雖然還不到能用來宣稱重大發現的5σ，但也足夠讓人驚訝了。

　　BUT，LHCb團隊經過一年的長時間複核，發現這個實驗結果是存在問題的。

　　在重新檢查K介子的B介子的衰變過程相關數據時，LHCb團隊意識到這個異常是由一系列細微誤差合併起來產生的。

　　他們將這一結果在12月20日的歐洲粒子物理研究所研討會上進行了公開，也引起了不少物理學家的驚訝。

　　蘇黎世大學理論物理學家Gino Isidori表示，這一結果確實出人意料，因為異常值看起來確實可能意味着“以前沒見過的粒子”的存在：

　　我對這次結果感到遺憾，但LHCb“誠實地”公開這次結果仍然是值得稱讚的。

　　製造μ子素來研究μ子

　　事實上，給科學家們製造“驚嚇”已經是μ子的常規操作了。

　　但鑑於它仍舊是打破標準模型最大的希望之一，物理學家們並不打算放棄對它的研究。

　　最近發表在Nature子刊上的一篇新研究就表明，科學家們正在通過尋找一種新方法來測量μ子的性質，即製造強烈的μ子素粒子束以減少統計誤差。

　　其中，μ子素又稱緲子偶素（符號Mu，muonium），是一種奇異原子，電子繞正μ子旋轉，是一種非常適合研究μ子的模型。

　　要想製造大量μ子素並不容易，但瑞士保羅謝勒研究所（PSI）和蘇黎世聯邦理工學院的科學家們成功實現了這一點。

　　他們用微波和激光，探測了低能μ子光束線上形成的μ子素的特性，首次測量出μ子素中某些非常特定的能量子水平之間的轉變。

　　團隊下一步目標是稱量μ子，即進一步稱量更高精度的μ子質量，作為其他實驗常數計算的基礎。研究人員表示：

　　如果實驗順利，我們可能將測量精度再提升100倍。

　　在這一系列測量中，關於μ子的新特性也可能會被發現，可能會再次對標準模型“發起挑戰”。

　　論文地址：

　　[1]https://arxiv.org/abs/2212.09153

　　[2]https://arxiv.org/abs/2212.09152

　　參考鏈接：

　　[1]https://mp.weixin.qq.com/s/vZoYcsI59vcQ_aL8NsnLzw

　　[2]https://www.nature.com/articles/d41586-022-04545-z

　　[3]https://phys.org/news/2022-11-muonium-reveal-physics-standard.html