【48812】粒子物理规范模型再获成功！他们发现玻色子新“瑰宝”

  大型强子对撞机紧凑缪子线圈探测器。图片来自：David Parker/SPL

  一群“麦哲伦”式的试验物理学家正在高能物理的版图上开疆拓土。而玻色子的发现，正在指向新的“盛宴”。

  近来，《天然》“研讨亮点”栏目报导了北京大学物理学院技能物理系教授冒亚军、李强领导的研讨团队的最新效果——他们初次观测到双W玻色子与光子（WWγ）这一新式的三玻色子联合产生进程。相关效果日前发表于《物理谈论快报》，并被选为修改引荐论文。

  “玻色子三重态的产生是稀有的事情，是粒子物理规范模型的又一次成功。任何与规范模型猜测的差异都或许暗示不知道粒子的存在。” 《天然》点评称。

  在粒子物理规范模型中，无质量的光子（γ）传达长程的电磁相互作用，而重质量的W和Z玻色子传达短程的弱相互作用。准确丈量多玻色子特别是三玻色子联合产生进程，是现在高能物理范畴的前沿热门之一。

  在根本粒子中，玻色子是一种“前言”根本粒子。根本粒子之间有4种根本的相互作用：引力、电磁力、强力和弱力。每种相互作用都是由某一种前言粒子传递的，它们被称为玻色子。在规范模型里，W玻色子是一种传递弱力的前言粒子。

  1983年，W玻色子初次被欧洲核子研讨中心发现，后来被证明首要参加一些最常见的核衰变进程。这是粒子物理规范模型的一大成功。

  但是，W玻色子的质量很重，约是质子的85倍，试验中一般很难被发现。正因如此，只要通过大型强子对撞机这样的高能量设备才有时机“撞”出1个，而要想“撞”出3个，难如大海捞针。

  通过40多年的开展，关于玻色子的研讨不断拓宽。在规范模型中，理论已预言了三玻色子的联合产生机制。

  “假如这个机制未经验证，或许意味着规范模型存在某些问题，也或许暗示着新物理现象的存在。”该研讨的首要奉献者之一、北京大学物理学院博士生关喆告知《我国科学报》，验证三玻色子的存在及其与规范模型的联系十分重要。

  欧洲核子研讨中心的大型强子对撞机是世界上最大、能量最高的粒子加快器，有“天主粒子”之称的希格斯粒子、新强子态“奇特的五夸克”等均在此被发现。它的数据触动着全球物理学家的心。

  多年来，李强团队严密追寻大型强子对撞机紧凑缪子线圈探测器，在数据“沙漠”里寻觅若有若无的“瑰宝”。

  总算，他们在2016年至2018年间所搜集的数十亿次13TeV质子-质子对撞数据中，以5.6倍规范偏差的计算置信度，初次观测到双W玻色子与光子（WWγ）这一新式的玻色子三重态产生进程。

  李强解说，5.6倍规范偏差是与假定不存在三玻色子进程的状况（即空假定）比较，这也代表着数据支撑三玻色子进程的存在。

  大型强子对撞机紧凑缪子线圈探测器具体记录了这一进程——当被加快到挨近光速的高能量质子束迎头相撞时，就会产生三重玻色子。当两个质子磕碰时，质子中的夸克和胶子被逼分隔，当产生这种状况时，W玻色子和Z玻色子就会遽然呈现。而在十分稀有的状况下，它们会以三重态的方式呈现。

  “More is different（更多带来不同）”，李强引证诺贝尔物理学奖获得者菲利普沃伦安德森的闻名宣言答复，越是根本物质，越要多样，这样才有发现更多“瑰宝”的或许。

  规范模型是粒子物理学中一套描绘根本粒子的理论模型。现在，简直一切的电磁力、强力和弱力3种力的试验效果都符合这套理论的猜测。它尽管是现在最成功的一套理论模型，但世界中依然有许多规范模型解说不了的问题。这在某种程度上预示着它并不是“终极”理论，而任何与规范模型猜测的差异都或许暗示不知道粒子的存在。

  数十年来，全球高能物理界既视粒子物理规范模型为瑰宝，也视其为应战——有时，科学家们想放弃它，寻觅超出规范模型预言的“新”物理现象。

  “新”规范模型是不是真的存在？茫茫大海上，很多“航海家”“千帆竞发”，但驶向不同的方向。

  李强是其中之一，他的航向是很少人去的偏僻之地——玻色子，现在国际上只要少量团队从事相关研讨。自2010年以来，他和北京大学高能物理试验组的搭档们致力于高能对撞机上的多玻色子物理研讨，取得了很多有开创性奉献的效果。

  2022年，他们在世界上初次发现了三W玻色子共振态，此项研讨拓荒了茫茫大海上的新航线。

  李强表明，高能物理的确处在比较困难的时期，“在人迹罕至的当地探险，尽管有着不知道和应战，但也有着新发现的或许性”。

  （原标题：粒子物理规范模型再获成功 数十亿次磕碰中发现玻色子新“瑰宝”）