几十年来物理学家们一直在寻找粒子“行为不端”的迹象，粒子物理学的主要理论"标准模型" 中细微裂痕的证据！这是描述我们宇宙最基本的组成部分的主导理论，尽管标准模型已经被证明是惊人的准确，科学家们早就认识到需要进行一些调整。现在最近一篇《自然》文献的评论文章中，研究人员在实验已经开始看到粒子对标准模型理论定律的“蔑视”行为，但它们并不完全是理论家们所寻找期待的。
LHCb实验中碰撞的两个质子。图片版权：（瑞士）欧洲核子研究中心
证据来自于电子和更大规模的表亲μ介子和τ轻子，根据标准模型这三个粒子应该表现出不同大小但相同的三胞胎。但是三个实验产生了越来越多的证据，包括最近几个月公布的结果，这些粒子对一些神秘的影响有不同的反应。这一发现还没有定论，但如果他们坚持下去，“这将是一场彻底的革命”，加州理工大学的理论家Mark Wise说。
诱人的迹象
标准模型中的摇晃将是巨大的。这一理论已是跃然纸上，在第二十世纪末形成的粒子物理研究的基石。它将宇宙雕刻成由十二种基本粒子构成所有物质，再加上传递自然基本力的“载力”粒子。（例如，粒子产生电力和磁力的瞬态光子交换。）尽管它的成功，但是，标准模型的预测不可能解释引力和暗物质认为无形的居住空间。与这些大尺度观测和粒子物理，理论界提出了各种各样的“新物理学”的物质或力量超越标准模型的动物园。但是大多数实验都以惊人的保真度坚持这一理论，没有发现任何假想粒子或力的证据。
标准模型中的粒子（图片Scientific American）
自2012以来尽管粒子行为的迹象已经开始探索新的标准模型：称为“轻子普适性”。这里的“轻子”是指粒子包括电子类、μ介子和τ。标准模型预测这三种粒子应与彼此另一个和其他粒子一样，除了由于它们独特的质量而引起的差异，这种行为的共同性，占了轻子普遍性的第二名。
在SLAC国家加速器实验室门洛帕克惊喜的出现第一个轻子，并于在2012年共布该实验结果，加利福尼亚巴巴尔的粒子加速器撞在一起的电子和它们的反物质当量，俗称正电子。这些碰撞产生了许多重而不稳定的复合粒子：它们的作用就像放射性铀原子，在衰变成更小和更小的粒子之前只维持纳秒级的分数。最终产物加速器的探测器中碰撞，使科学家们能够重建粒子衰变链。如果标准模型是正确的，这两个类型的衰减进行BaBar团队应该生产或只是25 30%经常为电子，它们重量轻，因此更容易。但这不是什么团队都能看到。轻子远比他们应该更常见，暗示不同的轻子和电子之间的差异或超出它们质量的差异。
BaBar的结果刚刚开始，另外两项实验，瑞士大型强子对撞机的LHCb实验和日本的高能量加速器研究组织的Belle实验研究了同样的衰退，并在2015年发表了类似的结果。像BaBar这样的Belle碰撞电子和正电子。但是LHCb与其他质子以更高的能量碰撞质子，并采用不同的方法来检测碰撞产物。这些差异使得人们更难把实验结果作为实验错误来消除，从而增强了这种反常现象的真实性。
模拟显示在大型强子对撞机的两个质子碰撞中希格斯玻色子的产生。图片版权：Lucas Taylor / CMS
此外LHCb还发现在另一种类型的轻子产生衰减发现轻子普适性的迹象，几个月前宣布了可能的第四种衰变类型的偏差。就在上个月在相关的衰变中报道了电子和μ子之间的类似差异（而不是轻子）。所有这些汇合的证据线条越来越引人注目，一些事情是有系统的腥味。BaBar发言人和维多利亚大学教授迈克尔·罗尼（Michael Roney）说：如果偏差变得真实，它们不相关是一种奇怪的事。
如果是真的将是一场革命
如果各种轻子真的不一样，唯一的解释就是一些先前未知的力。标准模型下较大的粒子衰变为轻子（和粒子）通过“弱“力，使放射性衰变的力。但弱力同样对待所有轻子。如果更多的轻子出来比弱力产生，那么一些未知的力，未被发现力的载体微粒有关，打破大粒子是有利于观察一种方式。马里兰大学学院公园物理学家和LHCb合作成员Hassan Jawahery说：找到这样的力将与发现电磁学一样重要，尽管对我们的日常生活的影响要小得多，实际上它确实构成了物理革命的篇章。
因为影响会如此戏剧性，物理学家将需求压倒性的证据！实验者们都知道这样的负担。自然的审查和在NIKHEF阿姆斯特丹国家原子物理研究所博士后研究员Greg Ciezarek说：轻子普适性违反定律，将是在领土上作出非凡的索赔，正如谚语所述需要非凡的证据。罗妮总结了这种怀疑：你不应该对标准模型下赌注。
来自大型强子对撞机的LHCb实验的显示显示了颗粒的路径，例如在加速器处碰撞两个质子时产生的光子。图片版权：CERN / LHCb
迄今为止的证据并不实质，结合所有数据轻子 /电子偏差只是统计的偶然，概率现在在10,000左右，对于任何日常问题这将是足够的。但粒子物理学家是一个持怀疑态度的人，只有达350万社会才会考虑到发现。
鉴于轻的普遍性来自于理论家对标准模型中的裂缝可能出现的地方的期望, 证据更难下咽。理论家说是一种故事线，智者说这不是故事线。更糟糕的是对轻子行为的解释似乎是特别的和不令人满意的。利盖蒂说这种能适应...真的不做别的事，例如它们没有让你更接近了解暗物质可能是什么。
不过他补充说：自然告诉我们大自然是如何运作的。物理学家越来越注意行为异常粒子的持续存在，并提出新的理论解释。实验家和理论家都还希望减少现有测量的不确定性。最终最大的揭示会在LHCb和Belle的下一个版本产生更多的数据时。
该图说明了大型强子对撞机内的两个质子的碰撞产生了其它粒子。包括衰减成两个子（紫色）的B_s介子（蓝色）。图片版权：LHCb
物理学家乐观地认为五年内我们不仅能知道效果是否是真实的，我们会有一种解释，有一个新（力）载体粒子。对于一些理论家来说，可测试性是一个很大的吸引力。这使得它真正令人兴奋的，因为如果我做的东西，它可以被证明是正确的或错误的，Ligeti说不管怎样，情况会变得明朗起来。
作者：Jesse Dunietz
编译：光量子
审校：博科园
