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2016年被引用最多的20篇物理学论文 大部分在讲这个

时间:2019-10-09 20:12:21 来源: 丹江口市第一中学 作者: 赵有强 阅读:107

(原标题:2016年被引用最多的20篇物理学论文中,12篇都是关于这个不存在的粒子)

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2015年12月,LHC科学家宣布,他们在2015年4月到11月间收集的数据中找到了一个可能意味着新粒子的“凸起”,而且值得注意的是,CMS和ATLAS两个探测器都独立地发现了这个信号。如果这真的意味着一种全新的粒子,那么,它的影响将比发现希格斯玻色子更为重大,因为这将成为首个标准模型不能解释的粒子,它将标志着粒子物理学界的新纪元的开始。标准模型是描述基本粒子及其相互作用的理论,它到目前为止非常成功,但由于没有包括引力,也无法解释暗物质,还远算不上“终极理论”。因此,物理学家一直在寻找超越标准模型结论的实验证据。

然而,2016年8月5日,LHC两大独立实验——ATLAS和CMS的代表,在美国芝加哥举办的国际高能物理会议(ICHEP)上宣布,他们继续分析了4倍量的数据,发现随着这些数据的积累,去年12月发现的“新粒子”的信号已经几乎衰减至无,也就是说,所谓的“新粒子”只不过是个统计波动。

“在2016年的数据中,我们没有发现显著的信号。” 欧洲核子中心(CERN)的物理学家、ATLAS实验的发言人Bruno Lenzi在ICHEP的一场座无虚席的会议上报告道。在Lenzi发言之后,CMS实验的发言人、来自罗马国家核子物理研究所的物理学家Chiara Ilaria Rovelli也带来了坏消息:CMS实验所得的新数据也没有能生成这种显著信号。“不幸的是,2015年发现的疑似信号并没有得到2016年数据的证实。” 她说。

虽然没有发现新粒子令研究人员感到失望,但这也是情有可原的:ATLAS在今年6月最新更新的数据中,将该信号的显著性定于2.1σ,而要想确认一个信号代表着真实发现,而非噪声干扰,信号的显著性需要达到5σ。

σ是什么?简单来说,它代表着一种概率。5σ意味着,如果这一信号不是来自新粒子,它单纯由随机涨落产生的概率小于3×10^(-7)。5σ是粒子物理与天体物理学判断一个信号是否代表新发现的黄金标准,2012年LHC发现希格斯玻色子时的置信度高达7σ,今年年初先进LIGO首次捕捉到引力波信号时的置信度也达5.1σ。

但由于ATLAS和CMS两个实验都独立发现了这一信号——750千兆电子伏特(GeV)能量处比预期略高的双光子信号,物理学家希望此信号属实,因为这就代表着一种潜在的新粒子。LHC宣布这一信号后,已经出现了数百篇试图解释这个潜在新粒子的理论物理学论文,其中有些被引次数颇高。

如果新粒子成真,它代表着什么?

美国费米加速器实验室的物理学家Don Lincoln表示,物理学家之所以对于信号如此振奋,主要源于它有潜力带来重大突破。目前为止,物理学对力和物质的描述已经极为成功,这一套描述被称为标准模型,囊括了所有已知的基本粒子和相互作用,它能成功地做出预言并得到验证——2012年LHC发现的希格斯玻色子就极好地验证了标准模型。但是标准模型是不完整的,因为它无法解释暗物质等神秘现象,也无法把量子力学和相对论统一起来。而如果实验发现一种标准模型未能预言的新粒子,则有望成为带领物理学家通向新理论的第一个指路标。Lincoln说:“虽然大部分科学家都推测去年12月的这一信号是假的,会随着数据量的增长而消失,但还是有很多科学家相信它可能成真,甚至激动地度过了几个不眠长夜。”

“哪怕只看到匆匆一眼,甚至半眼,都会让人屏住呼吸,并且思考着如果这是真的会如何,因为它太过珍贵,人们绝不会放弃任何一丝探索它的希望。”英国利物浦大学粒子物理学家Tara Shears说。

双光子信号之所以这么有吸引力,一部分原因是对其的分析可以相对简单而有力。同时,提出能解释这一信号,又不与其他实验结果相冲突的模型也是相对容易的,瑞典查尔姆斯理工大学的理论物理学家Christoffer Petersson说。

对这种现象的一个可能的解释就是,新粒子是一种比希格斯玻色子更重的类似粒子,也有人认为它可能是一种暗物质粒子,或是引力子。

尽管随着这一信号被证实为统计波动,由此诞生的所有模型也都被证实为错误的,Petersson并不认为这些研究是无效的。“这是一次用不同的观点解释这次实验结果的有趣尝试,我也确实在这个过程中学习到许多东西,”他说。

Lincoln说,统计上的波动和真实发现在一开始看起来都是一样的。在很宽的质量范围内进行数千次搜索的情况下,这种巧合是很有可能发生的,类似的迹象在过去也曾多次出现又消失,他说,“这样的循环在未来可能还会发生许多次。”

LHC何去何从?

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