【Science/AAAS】费米实验室惊现神秘粒子

伤我心太深

物理学家们提醒说这个诡异的信号可能只是CDF实验组的粒子探测器自身操作的一个产物。

图片由费米实验室的Reidar Hahn提供

粒子物理界现在正为一则消息而喧闹不已，那就是美国唯一的粒子物理实验室的研究者们似乎发现了一种之前从未见过的诡异粒子。这个消息是如此地吸引人，以至于它已经为《纽约时报》所报道。然而，进行这个实验的实验员们提醒说，这个假定(是由这个新粒子造成)的信号也有可能是他们在对那个异常复杂的粒子探测器建模中的一个还未确认的错误的产物。物理学家们也会苦于如何解释为何之前(的理论)会漏掉这种粒子。

“我对《纽约时报》报道这件事稍感惊讶；那一定是一个漫长的新闻天。”Robert Roser如是说道，他是一个拥有着500名成员，在费米国家加速器实验室(费米实验室)的CDF实验组粒子加速器工作的团队的发言人之一。这个观测就是在费米实验室进行的，它坐落于伊利诺斯州的巴达维亚。Roser还说道，这有可能表明科学家们发现了一种新粒子。

这个结论来自CDF实验组对费米实验室的万亿电子伏对撞机产生的数以亿计的正反质子对碰撞所得数据的分析。根据爱因斯坦的相对论，能量与质量是对等的，所以这些高能碰撞会迸溅出大量通常世界中见不到的亚原子粒子。随后物理学家们就试着通过研究它们衰变后产生的那些我们熟悉得多的粒子来对它们进行分类。

在这种情况下，实验员会寻找这样的碰撞：它们产生质量为质子质量87倍的W玻色子，以及其它一些会分裂成两束被称为“喷注”的粒子喷雾的粒子。当一个碰撞撞击出一个夸克时就会形成一个喷注。一个夸克不能单独存在，必须与其它夸克或反夸克结合在一起。所以极具活性的单夸克会从真空中撕扯出更多的夸克和反夸克，它们迅速结合成一种叫做介子的粒子，每个介子包含一个夸克和一个反夸克。从两束喷注的能量和动量可以推算出产生它们的粒子的质量。

将数据转化之后，CDF实验组的研究员发现，大约有250个事件的喷注似乎是由一个质量为质子质量160倍的粒子造成的。这个小组已经在昨天向arXiv预印本网站提交了一篇论文，并于今天在费米实验室的讨论会上做了报告。研究者们估算，由其它粒子产生的喷注或喷注对造成一个这样强的错误信号的统计随机几率是1/1300。“这里产生了很大的骚动，”Joseph Lykken这样说道，他是费米实验室参与这项实验的一位理论物理学家，“我在大厅已经被问过无数遍了。”

所以这就是定论了？Lykken回答道，还不尽然。分析是严格按照物理学家对喷注的理解进行的，这是一件复杂的事情。例如，整个研究都建立这样的工作上：发现产生两个W玻色子，并且其中一个产生一个喷注对这样的事件。所以研究者们必须绝对确保他们没有错把那些两个W玻色子的事件当成包含有一个新粒子的事件。Lykken说：“真正的问题其实是我们该如何很好得解释那个背景信号，不仅仅是靠理论，还要依据它是如何出现在探测器上(这件事来理解)。”

能够直到现在还没被发现，一个新粒子肯定有着一些奇特的性质。例如，CDF实验组的研究者们正搜寻着长期以来一直难觅踪影的希格斯玻色子，它是物理学家理解质量的关键。他们通过寻找某个事件来发现希格斯玻色子，在这个事件中，一个称为底夸克的粒子伴随着一个W玻色子一同产生，然后它会衰变产生两束特定的喷注。那些更精细的分析并没有发现这种假设的粒子，所以，也许它因为某些原因并不会衰变成底夸克。类似的，这种假设的粒子在衰变成两束喷注这件事上就像是一个轻一些的W玻色子。然而，显然它不会以W玻色子的其它衰变方式进行衰变，否则它早就被发现了。

物理学家们还是会说，没有理由认为一种全新的粒子不会拥有一些奇特的性质。Lykken如是说道。他们期待着这个假定的信号会在短期内被确认或剔除。这是因为CDF实验组的实验员会马上分析他们最近获得的另一半数据。更多的证据将从万亿电子伏加速器的另一个粒子探测器D0中获得，它已经获得了一组与CDF一样庞大的原始数据。如果这个粒子确实存在，D0应该也探测到了。如果那个信号是因为CDF分析数据方法不当的结果，那么D0就不会发现什么东西。“我们知道所有人都在关注着我们，”Dmitri Denisov说，他是费米实验室的物理学家，同时也是D0团队的发言人之一，“我们希望在几周内你们就会听到我们的结果

changxinai

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