作为一名在欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）工作的物理学家，我被问到的最常见的问题之一是“你什么时候能找到东西？忍住讽刺地回答“除了获得诺贝尔奖的希格斯玻色子，还有一大堆新的复合粒子？我意识到，这个问题之所以经常被提出来，是因为我们如何向更广阔的世界描绘粒子物理学的进步。

我们经常谈论发现新粒子的进展，而且经常如此。研究一种新的、非常重的粒子有助于我们观察潜在的物理过程——通常没有恼人的背景噪音。这使得向公众和政治家解释这一发现的价值变得容易。

然而，最近，对已知的沼泽标准粒子和过程的一系列精确测量已经威胁要动摇物理学。随着大型强子对撞机准备以比以往更高的能量和强度运行，现在是时候开始广泛讨论其影响了。

事实上，粒子物理学总是以两种方式进行，其中新粒子就是其中之一。另一种是通过进行非常精确的测量，以测试理论的预测并寻找与预期的偏差。

例如，爱因斯坦广义相对论的早期证据来自发现恒星表观位置的微小偏差以及水星在其轨道上的运动。

三大主要发现

粒子遵循一种反直觉但非常成功的理论，称为量子力学。这一理论表明，在实验室碰撞中直接产生的太大质量的粒子仍然可以影响其他粒子的作用（通过所谓的“量子涨落”）。然而，对这种影响的测量非常复杂，并且更难向公众解释。

但最近的结果暗示了标准模型之外无法解释的新物理学属于第二种类型。LHCb实验的详细研究发现，一种被称为美夸克（夸克构成原子核中的质子和中子）的粒子“衰变”（分崩离析）比进入μ介子更频繁地“衰变”（分崩离析）成电子 - 电子更重，但在其他方面完全相同的兄弟姐妹。根据标准模型，这不应该发生 - 暗示新的粒子甚至自然力可能会影响这个过程。

然而，有趣的是，对LHC的ATLAS实验中涉及“顶夸克”的类似过程的测量表明，电子和μ介子的这种衰变确实以相等的速率发生。

与此同时，美国费米实验室的μ子g-2实验最近对μ介子如何“摆动”，因为它们的“自旋”（一种量子性质）与周围的磁场相互作用进行了非常精确的研究。它发现与一些理论预测有一个小而显着的偏差 - 再次表明未知的力量或粒子可能在起作用。

最新的令人惊讶的结果是测量了一种称为W玻色子的基本粒子的质量，它携带着控制放射性衰变的弱核力。经过多年的数据采集和分析，费米实验室的实验表明，它比理论预测的要重得多 - 偏离了在超过一百万次实验中不会偶然发生的量。同样，可能是尚未被发现的粒子正在增加其质量。

然而，有趣的是，这也与LHC的一些较低精度的测量结果不一致（在本研究和这项研究中提出）。

判决

虽然我们并不完全确定这些效应是否需要一个新颖的解释，但越来越多的证据表明需要一些新的物理学。

当然，提出的新机制来解释这些观察结果的次数几乎与理论家一样多。许多人会寻找各种形式的“超对称”。这个想法是，标准模型中的基本粒子数量是我们想象的两倍，每个粒子都有一个“超级伙伴”。这些可能涉及额外的希格斯玻色子（与赋予基本粒子质量的场相关）。

其他人将超越这一点，援引最近不太流行的想法，如“technicolor”，这意味着存在额外的自然力（除了重力，电磁力以及弱和强核力），并且可能意味着希格斯玻色子实际上是由其他粒子组成的复合物体。只有實驗才能揭示事情的真相——這對實驗學家來說是個好消息。

新发现背后的实验团队都受到尊重，并且已经研究了很长时间。也就是说，注意到这些测量非常难以进行并不是不尊重他们。更重要的是，标准模型的预测通常需要计算，其中必须进行近似。这意味着不同的理论家可以根据假设和近似水平预测略有不同的质量和衰变速率。因此，当我们进行更准确的计算时，一些新发现可能符合标准模型。

同样，研究人员可能使用了微妙的不同解释，因此发现了不一致的结果。比较两个实验结果需要仔细检查在这两种情况下是否使用了相同的近似水平。

这些都是“系统性不确定性”来源的例子，尽管所有相关方都尽力量化它们，但可能存在不可预见的并发症，低估或高估它们。

这些都不会使当前的结果变得不那么有趣或重要。结果表明，有多条途径可以更深入地理解新物理学，它们都需要探索。

随着大型强子对撞机的重启，仍然有希望通过更稀有的过程制造新粒子，或者发现隐藏在我们尚未挖掘的背景下。