神秘粒子现身: 颠覆标准模型, 掀起发文狂潮
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今年12月，欧洲核子研究组织CERN大型强子对撞机LHC的两大通用型粒子侦测器CMS (紧凑μ子线圈) 和ATLAS (超环面仪器) 分别发布了一组不寻常的数据，对粒子物理学家来说，这可能意味着发现了一种新的基本粒子。消息公布已有两周，理论物理学家们的论文如雨后春笋般出现，相关引用次数骤增。
ATLAS和CMS是两个设置完全不同的探测器，他们也有着独立的数据采集和分析方法。这两个探测器都发现了超量的光子对，而这些光子对可能是从碰撞中产生的重粒子的衰减中发出的。
尽管有着许多的理论假想，科学家们现在并不清楚这一可能新粒子的性质。如果在明年收集更多新数据以后，证实这一新粒子的存在，那么物理学家的这个新粒子会是6倍希格斯波色子的质量。
这些数据是6月大型强子对撞机LHC以创纪录的13TeV能量撞击质子后收集的。CMS和ATLAS两组研究人员12月15号在日内瓦的瑞士欧洲核子研究组织的会议上公开了他们的数据。
在发现希格斯波色子以后，粒子物理标准模型里所有的粒子都被发现了。如果这次发现的是一个新的粒子，则意味着要打破基本粒子的思维模式，即从上世纪七十年代以来建立的粒子物理标准模型。
欧洲核子研究组织发言人Arnaud Marsollier谨慎地重申，现在任何关于新粒子的讨论都为时太早。“ATLAS和CMS在礼拜二发布了许多结果，在这些结果中有些耐人寻味的小信号可能意味着某些新东西。但我们觉得需要更多数据，因为那些信号也可能仅仅是统计上的波动。”
引起物理学家关注的“凸起”，红线为标准模型预测，黑点为探测数据
然而，这种谨慎的态度并没有浇灭物理界的兴奋劲头，因为最初希格斯波色子的发现也是来源于类似的小小凸起。
欧洲核子研究组织发言人Arnaud Marsollier说，“如果确认了这一不寻常的信号，物理学家们将在2016年获得更多更详尽的数据，从而更细致地研究这一现象。大型强子对撞机LHC在2015年重新启动，并达到以前所未有的高对撞能量，因此，科学界对采集到的新数据有着强烈的兴趣和期待。但是，科学是循序渐进的过程，我们在科学探测的过程中也学会了耐心。”
在2015年的LHC实验中，两束质子以前所未有的超高能量相互碰撞。质子在能量和质量的相互作用下分解，从而产生多种基本粒子。这些粒子多数衰减为光子或者Z波色子等。
通过研究激烈碰撞产生的信号，科学家反推估算在碰撞中产生了哪些粒子。质子和其他基本粒子本质上属于量子范畴，而符合统计及概率的定义。因此，科学家必须用统计分析来解读数据。
在这次的结果中，CMS及ATLAS的实验都独立发现了光子对数的额外超出，而这可能是某种粒子的分解从而衰减为两个光子。因为这些光子对的能量和大约为750GeV,这可以作为这一衰减粒子的质量估算。一个质子的质量大约为1GeV，如果这里发现的是新粒子的话，这一粒子的质量是质子的750倍。
如果统计意义上达到5sigma，这一结果就能够确认为一个有效发现。这次发布的结果在统计意义上来说，CMS的数据是2.6sigma，而ATLAS的数据是3.6sigma。统计Sigma值表示对测量的信心程度；5Sigma意味着这个“凸起”是由于测量错误或者偶然事件的几率是350万分之一。而由于这次的测量是对整个能量谱的扫描而不是集中在750GeV的扫描，这也使这一结果的统计准确度下降。但是，明年会有更多数据产生。如果这一数据能达到需要的统计准确度，就能够成为发现新粒子的有力证据。
在12月15日欧洲核子研究中心宣布新发现之后的两周时间里，论文预印本平台arXiv已经发布了95篇专门讨论这种假想新粒子的研究论文。
康奈尔大学物理学家、arXiv平台创立者保罗·金斯帕说，这一论文发布潮令之前两次类似的论文发布事件相形见绌：一次是2011年乳胶追踪中微子震荡计划 (OPERA) 的科学家宣布中微子的速度可以超过光速；另一次是2014年科学家宣布借助架设于南极的BICEP2望远镜发现了引力波。这两次研究发现在质疑面前都没能站住脚。
欧洲核子研究中心的理论学家吉安·弗朗切斯科·朱迪切与其合作者在新发现宣布之后发布了一篇32页的论文，这篇论文已经被引用了68次。朱迪切表示，这种假想中的粒子很难与超对称粒子 (SUSY) 匹配。超对称是目前比较令人信服的粒子物理学中的标准模型，这一模型认为每个粒子都与一个比它质量更重的粒子成对出现。“这种粒子看起来不像超对称粒子。”朱迪切说。
不过arXiv平台上很多论文已经在试图将这种粒子往超对称粒子的方向解释，有的甚至直接将这种粒子称为“S粒子” (S是SUSY的首字母)。
在2016年，大型强子对撞机LHC将继续实验，不仅仅探测双光子衰减通道，也会探测更多有助于证实这一发现的信号。不管这一新粒子会不会得到证实，2016年都会是个很值得物理学家们期待的一年。
而现在，除了在750GeV处的有趣凸起，科学家们还没有找到其他能够超越标准模型的迹象。
图像及信息来源：The CMS detector (Harold Cunningham/Getty); A collision event with a photon pair observed by the CMS detector (CERN); 科技日报
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