引爆物理界的新发现:登顶封面却难以复现,实验设备11年前就拆了

  金磊 博雯 发自 凹非寺   量子位 | 大众号 QbitAI   W玻色子严重“超重”,带来的风云还在持续。   这项被誉为是“十年来最重磅物理学发现”的研讨,关于物理学界正是“垂死病中惊坐起,还能发现新物理”[9]。   若验证为真,将使得根底物理学实际被重新改写。   但假如无法验证呢?   是的,如今已有不少物理学家表示:   这项登上了Science封面的实验后果是孤证,还需求其他实验进一步确认。   究其缘由,还是这项实验所用数据的关键产出设备,在2011年就曾经被封闭了。   因而,费米实验室的研讨人员可以说是运用了十年前的“过时”数据完成了这项实验。   在这种状况下,假如最终失掉的推翻性的实验后果只是源于安装的某个毛病,也难以再次复查和验证——   别觉得这样的质疑无厘头,2011年时,来自意大利的OPERA实验组就有过异样推翻性的实验后果:中微子速度逾越真空中的光速。   但是在近一年的细致排查后,才发现这一后果其实是由一个光纤接口不结实招致的。   那么这次松动的究竟是物理学的大厦,还是费米实验室安装的光纤接口,也只能静待更多的验证了。   一场无法再复现的“乌云”   这次,我们从用于那台产出重要实验数据的安装来看这项引爆物理学界的实验。   就是这台1970年12月启动,位于芝加哥的美国费米国度实验室的Tevatron减速器。 △两个圆环都是Tevatron减速器的组成局部   Tevatron减速器周长6千米,已经是世界上最强的减速器。   它的次要功用,就是将正反质子减速,使得正反质子辨别在圆环形真空轨道内顺时针和逆时针运动,在对撞点处受磁场控制倾向后对撞。   其上还搭载了一个复合粒子探测器(CDF)。   正反质子对撞后,会发生新的粒子飞出,并发生一条条径迹。   这时,CDF内不同的层就会测量不同类型粒子的动量、能量及其散布:   Tevatron减速器最著名的效果,就是在1995年发现了粒子物理学规范模型预测的最初一个根本费米子:顶夸克。   不过,随着愈加弱小的对撞机LHC的呈现,Tevatron减速器只活泼到了2011年,便因缺乏经费被封闭,并在随后的几年中逐步被撤除了。   从2001年到2011年,Tevatron对撞机发生了大约500万亿次碰撞,费米实验室的迷信家们就对这些数据停止剖析,并提取出了大约100万个W玻色子。   而从那时起到如今的十余年里,研讨人员没有取得任何新的实验数据。   但在十年内,他们成功将Tevatron对撞机发生的粒子的轨迹分辨率从150微米提升到了30微米,同时又从数据中提取了300万个W玻色子。   关于搜集到的对撞产物的能量、动量的散布,研讨人员对数据停止明晰之后,失掉了其散布的峰值:   这些散布都被用来测量W玻色子的质量。   最终,费米实验室团队完成了有史以来人类对W玻色子质量最准确的测量——准确度到达了117ppm(ppm表示每百万分之一)。   这一后果,就似乎向物理学界投入了一颗重磅炸弹。   是“新乌云”还是“新乌龙”?   于是乎,与之相关的讨论也随之热了起来。   单是在arXiv上,在此之后便有了近30篇的预印本论文宣布:   第一种“声响”,是经过其它实验来给CDF的测量做佐证。   关于一些物理学家来说,W玻色子质量的异常,正好能去年发现的μ子磁矩异常联络起来。   事先迷信家发现μ子磁矩也和规范模型矛盾,而W玻色子的实验后果,可以用来解释μ子磁矩异常的成绩。   比方一项来自美国俄克拉荷马州立大学与马普所的任务,就是讨论二者的相关性。   而这项研讨以为CDF的测量后果,等于是用一个异常解释了另一个异常。   还有人提出了新的计算W玻色子的模型。   南京师范大学和 德累斯顿工业大学等研讨,提出了用FlexibleSUSY,对规范模型以外的模型中W玻色子极质量的最新计算。   研讨人员将计算后果使用到了几个规范模型的扩展,后果以为:   契合CDF的新测量。   但与此同时,物理圈里也有不一样的声响。   例如来自复旦、中科院的研讨,便基于CDF测量后果,在各种框架和假定下停止电弱全局拟合。   不过在论文的最初,研讨人员还是表示:   十分需求更多的实际和实验开展,来提醒这种差别面前的物理学。   与此同时,面对研讨引发的“新物理学”的说法,也有愈加犀利的声响——   “I fear not (yet)。”   宣布这个观念的,是来自德国美因茨大学的Matthias Schott教授。   他也是从2012年开端研讨W玻色子质量,他以为这项测试是一件十分困难的事情。   而当他看完Science宣布的这篇论文后评价道:   一个次要的成绩是,新的测量办法与一切其他可用的测量办法不分歧。   我以为这一点在他们的论文中没有表达地很好。   次要是由于LEP实验的测量后果没有被结合起来;其次是由于他们没有显示LHCb的最新后果。   对此,Matthias Schott教授还新建了一张图表,可以看到,此次7σ的后果与此前的测量后果完全不重合,确为一个孤证。 △ CDF与其它W玻色子质量测量的比拟,偏离7σ是个孤例   而在费米实验室的论文也提到了一点:   大致意思就是,这次实验并不是独立测量,是有依赖于现有模型;假如将来有实际模型更新,能够会影响测量后果。   除此之外,关于“Tevatron减速器在2011年就封闭”这个点,也有声响以为是潜在要素之一。   正如刚开端我们提到的,此前在探测中微子振荡的OPERA实验组,就宣布过其所测中微子速度逾越了真空中的光速。   但后果却是,实验组发现这是由一个光纤接口不结实招致的。   无独有偶,Matthias Schott教授也曾提到过由于安装而发生的趣闻。   在他和团队经过ATLAS探测器测量W波色子质量进程中,有很长一段工夫对数据中的特征无法做出解释。   最终他们的发现是ATLAS探测器由于本身分量到达7000吨,随着工夫的推移而变形形成的。   ……   而至于费米实验室此次测量的后果能否会真的引发“新物理学”,答案还需交给工夫和将来的开展。   不过正如Matthias Schott教授,有一点是值得一定的:   W玻色子质量在将来的研讨中是值得的!   [1]https://www.science.org/content/article/mass-rare-particle-may-conflict-standard-model-signaling-new-physics   [2]https://arxiv.org/search/?searchtype=all&query=W+boson&abstracts=show&size=50&order=-submitted_date   [3]https://www.quantamagazine.org/fermilab-says-particle-is-heavy-enough-to-break-the-standard-model-20220407/   [4]https://mp.weixin.qq.com/s/ke6khJ-TFOrK5nGJ-AdXDg   [5]https://arxiv.org/abs/2204.05303   [6]https://arxiv.org/abs/2204.05296   [7]https://arxiv.org/abs/2204.05285   [8]https://non-trivial-solution.blogspot.com/2022/04/do-we-have-finally-found-new-physics.html   [9]王一研讨宇宙:https://www.zhihu.com/question/526650510/answer/2428671332

发表评论