在瑞士日內(nèi)瓦地下100米深處，有一條長(zhǎng)達(dá)27公里的環(huán)形對(duì)撞機(jī)，這是歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC），數(shù)十億質(zhì)子在這里被加速到接近光速并迎頭相撞。

每一次的碰撞，都是在復(fù)刻宇宙大爆炸發(fā)生瞬間那個(gè)時(shí)刻的極端環(huán)境，同時(shí)，每一次的碰撞也在為物理學(xué)家尋找著顛覆現(xiàn)有物理體系的蛛絲馬跡。

最近，LHC上的LHCb合作組發(fā)布了一項(xiàng)重磅研究成果，相關(guān)論文已被《物理評(píng)論快報(bào)》接收。

這項(xiàng)迄今為止對(duì)特定粒子衰變最精確的測(cè)量，再次讓統(tǒng)治粒子物理界半個(gè)多世紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)模型，露出了難以解釋的裂縫，讓物理學(xué)家們看到了新物理出現(xiàn)的跡象。

標(biāo)準(zhǔn)模型是人類目前對(duì)微觀世界最成功的解釋框架。

它把構(gòu)成宇宙的所有基本粒子，以及支配它們的強(qiáng)力、弱力、電磁力三種基本力，都納入了一套完整自洽的規(guī)則里。

從構(gòu)成原子核的夸克到圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子，再到2012年才被發(fā)現(xiàn)的賦予所有粒子質(zhì)量的希格斯玻色子，幾乎所有微觀世界的現(xiàn)象，都能被這套模型精準(zhǔn)預(yù)言。

但物理學(xué)家早就清楚，它絕不是宇宙的最終答案，它無法兼容量子尺度的引力，也完全解釋不了占據(jù)宇宙中物質(zhì)總質(zhì)量85%的暗物質(zhì)、推動(dòng)宇宙加速膨脹的暗能量。

這些懸而未決的謎題，都指向了標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理。

想要找到新物理的痕跡，最好的辦法之一，就是去觀察那些極其罕見的粒子衰變過程。

這次LHCb團(tuán)隊(duì)聚焦的核心，是一種名為中性B介子的短壽命粒子。

B介子誕生于質(zhì)子對(duì)撞的瞬間，由一個(gè)底夸克和一個(gè)反上夸克組成，平均只存在一萬億分之一秒，之后它就會(huì)衰變成其他更輕的粒子。

團(tuán)隊(duì)研究的是它一種極端罕見的衰變模式：平均每一百萬個(gè)B介子里，才會(huì)有一個(gè)發(fā)生這樣的衰變，一個(gè)中性B介子先衰變成一個(gè)K介子（它會(huì)立刻分裂成一個(gè)帶正電的K介子和一個(gè)帶負(fù)電的π介子），同時(shí)釋放出一對(duì)帶正電和負(fù)電的μ子，也就是電子的重量級(jí)兄弟。

在標(biāo)準(zhǔn)模型的規(guī)則里，這個(gè)衰變過程有著獨(dú)一無二的價(jià)值。

它的本質(zhì)是B介子里的底夸克要轉(zhuǎn)變成一個(gè)奇異夸克。

這種轉(zhuǎn)變沒有直達(dá)通道，在標(biāo)準(zhǔn)模型中屬于被嚴(yán)格禁戒的味改變中性流過程，它只能通過一種看不見的量子圈中轉(zhuǎn)，依靠真空中瞬間出現(xiàn)又消失的虛粒子才能完成整個(gè)過程。

也正因?yàn)槿绱耍@個(gè)衰變被極大地抑制，所以才會(huì)變得如此罕見。

但反過來想，如果有標(biāo)準(zhǔn)模型里沒預(yù)言的新粒子、新相互作用存在，它們完全可以參與到這個(gè)量子圈的過程里，給衰變的結(jié)果帶來清晰可測(cè)的改變。

這就像一條原本只有螞蟻能通過的窄縫，但凡有一點(diǎn)外來擾動(dòng)都會(huì)留下無法抹去的痕跡。

這一次，LHCb團(tuán)隊(duì)用了2011、2012以及2016-2018年間采集的海量對(duì)撞數(shù)據(jù)，完成了迄今為止對(duì)這個(gè)衰變過程最精確的測(cè)量。

與此前的研究相比，這次的分析補(bǔ)上了所有過去被忽略的關(guān)鍵細(xì)節(jié)：

首次完整給出了K?π?系統(tǒng)S波貢獻(xiàn)的全套可觀測(cè)量，首次在分析中完整考慮了μ子質(zhì)量帶來的物理效應(yīng)，首次同時(shí)測(cè)量了衰變的微分分支比和全套角可觀測(cè)量，還把測(cè)量的雙μ子系統(tǒng)不變質(zhì)量平方區(qū)間拆得更細(xì)，甚至用兩套完全獨(dú)立開發(fā)的分析框架完成了兩次完整分析，為結(jié)果的可靠性提供了關(guān)鍵交叉驗(yàn)證，從而極大降低了分析流程出現(xiàn)系統(tǒng)偏差的可能性。

最終的測(cè)量結(jié)果再次印證了此前實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的異常：

B介子衰變的多項(xiàng)關(guān)鍵特征和標(biāo)準(zhǔn)模型的理論預(yù)言出現(xiàn)了持續(xù)的偏差。

其中最核心的參數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的差異最高達(dá)到了4.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，在粒子物理領(lǐng)域，這意味著這個(gè)偏差來自隨機(jī)統(tǒng)計(jì)漲落的概率僅約十萬分之二。

而另一項(xiàng)關(guān)鍵結(jié)果，也就是B介子與反B介子衰變的行為差異（CP不對(duì)稱性），全部測(cè)量值均未出現(xiàn)顯著偏離零的情況，與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)期完全一致。

在此之前，有物理學(xué)家提出，此前看到的異常，可能只是標(biāo)準(zhǔn)模型里一些未被精確計(jì)算的長(zhǎng)程強(qiáng)相互作用效應(yīng)導(dǎo)致的，并非真的存在新物理。

但這次的詳細(xì)分析明確顯示，這些標(biāo)準(zhǔn)模型內(nèi)的常規(guī)效應(yīng)無法完全解釋觀測(cè)到的偏差，此前配套的分析也沒有發(fā)現(xiàn)顯著增強(qiáng)的長(zhǎng)程效應(yīng)。

這也讓新物理參與了這個(gè)衰變過程的可能性變得越來越大。

物理學(xué)家在論文中指出，這類與標(biāo)準(zhǔn)模型的張力，完全可以通過引入新物理模型來解釋，最典型的就是給有效四費(fèi)米子bsμμ矢量耦合帶來額外貢獻(xiàn)的模型，而這類相互作用是標(biāo)準(zhǔn)模型中完全沒有的。

當(dāng)然，現(xiàn)在的結(jié)果還沒有達(dá)到粒子物理界發(fā)現(xiàn)新物理的黃金標(biāo)準(zhǔn)——5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，也就是偏差來自偶然漲落的概率低于千萬分之一。

但LHC還在持續(xù)升級(jí)，它已經(jīng)進(jìn)入第三輪運(yùn)行期，未來的高亮度LHC還會(huì)采集到數(shù)十倍于現(xiàn)在的對(duì)撞數(shù)據(jù)，測(cè)量精度還會(huì)進(jìn)一步提升。

如果這個(gè)異常始終存在，甚至隨著數(shù)據(jù)量增加變得更加顯著，那我們就將迎來粒子物理界半個(gè)多世紀(jì)以來最重大的突破。

標(biāo)準(zhǔn)模型在過去幾十年里，通過了無數(shù)次最嚴(yán)苛的檢驗(yàn)，但它從來都不是宇宙的終極真理。

從暗物質(zhì)到宇宙正反物質(zhì)不對(duì)稱的謎題，太多的未知等著我們?nèi)ソ獯稹?/p>

而LHC地下管道里的每一次質(zhì)子對(duì)撞，每一次對(duì)罕見衰變的精準(zhǔn)捕捉，都是人類向著宇宙最深處的真相，邁出的堅(jiān)實(shí)一步。