W玻色子嚴(yán)重超重，帶來的風(fēng)波還在繼續(xù)。

這項(xiàng)被譽(yù)為是十年來最重磅物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究，對(duì)于物理學(xué)界正是垂死病中驚坐起，還能發(fā)現(xiàn)新物理。

若驗(yàn)證為真，將使得基礎(chǔ)物理學(xué)理論被重新改寫。

但如果無法驗(yàn)證呢。

是的，現(xiàn)在已有不少物理學(xué)家表示:

這項(xiàng)登上了Science封面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是孤證，還需要其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)。

究其原因，還是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所用數(shù)據(jù)的關(guān)鍵產(chǎn)出設(shè)備，在2011年就已經(jīng)被關(guān)閉了。

因此，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的研究人員可以說是使用了十年前的過期數(shù)據(jù)完成了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

在這種情況下，如果最終得到的顛覆性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果只是源于裝置的某個(gè)故障，也難以再次復(fù)查和驗(yàn)證mdash，mdash，

別覺得這樣的質(zhì)疑無厘頭:2011年時(shí)，來自意大利的OPERA實(shí)驗(yàn)組就有過同樣顛覆性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果:中微子速度超越真空中的光速。

可是在近一年的細(xì)致排查后，才發(fā)現(xiàn)這一結(jié)果其實(shí)是由一個(gè)光纖接口不牢固導(dǎo)致的。

那么這次松動(dòng)的到底是物理學(xué)的大廈，還是費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室裝置的光纖接口，也只能靜待更多的驗(yàn)證了。

一場(chǎng)無法再復(fù)現(xiàn)的烏云

這次，我們從用于那臺(tái)產(chǎn)出重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的裝置來看這項(xiàng)引爆物理學(xué)界的實(shí)驗(yàn)。

就是這臺(tái)1970年12月啟動(dòng)，位于芝加哥的美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室的Tevatron加速器。

兩個(gè)圓環(huán)都是Tevatron加速器的組成部分

Tevatron加速器周長6千米，曾經(jīng)是世界上最強(qiáng)的加速器。

它的主要功能，就是將正反質(zhì)子加速，使得正反質(zhì)子分別在圓環(huán)形真空軌道內(nèi)順時(shí)針和逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，在對(duì)撞點(diǎn)處受磁場(chǎng)控制偏向后對(duì)撞。

其上還搭載了一個(gè)復(fù)合粒子探測(cè)器。

正反質(zhì)子對(duì)撞后，會(huì)產(chǎn)生新的粒子飛出，并產(chǎn)生一條條徑跡。

這時(shí)，CDF內(nèi)不同的層就會(huì)測(cè)量不同類型粒子的動(dòng)量，能量及其分布:

Tevatron加速器最著名的成果，就是在1995年發(fā)現(xiàn)了粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的最后一個(gè)基本費(fèi)米子:頂夸克。

不過，伴隨著更加強(qiáng)大的對(duì)撞機(jī)LHC的出現(xiàn)，Tevatron加速器只活躍到了2011年，便因缺乏經(jīng)費(fèi)被關(guān)閉，并在隨后的幾年中逐漸被拆除了。

從2001年到2011年，Tevatron對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生了大約500萬億次碰撞，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們就對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并提取出了大約100萬個(gè)W玻色子。

而從那時(shí)起到現(xiàn)在的十余年里，研究人員沒有獲得任何新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

但在十年內(nèi)，他們成功將Tevatron對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的粒子的軌跡分辨率從150微米提升到了30微米，同時(shí)又從數(shù)據(jù)中提取了300萬個(gè)W玻色子。

對(duì)于收集到的對(duì)撞產(chǎn)物的能量，動(dòng)量的分布，研究人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清晰之后，得到了其分布的峰值:

這些分布都被用來測(cè)量W玻色子的質(zhì)量。

最終，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了有史以來人類對(duì)W玻色子質(zhì)量最精確的測(cè)量mdash，mdash，精確度達(dá)到了117ppm。

這一結(jié)果，就仿佛向物理學(xué)界投入了一顆重磅炸彈。

是新烏云還是新烏龍。

于是乎，與之相關(guān)的討論也隨之熱了起來。該展覽將于今年12月14日至2022年2月28日面向公眾開放。

單是在arXiv上，在此之后便有了近30篇的預(yù)印本論文發(fā)表:

第一種聲音，是通過其它實(shí)驗(yàn)來給CDF的測(cè)量做佐證。

對(duì)于一些物理學(xué)家來說，W玻色子質(zhì)量的異常，正好能去年發(fā)現(xiàn)的mu，子磁矩異常聯(lián)系起來。

當(dāng)時(shí)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)mu，子磁矩也和標(biāo)準(zhǔn)模型矛盾，而W玻色子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以用來解釋mu，子磁矩異常的問題。

比如一項(xiàng)來自美國俄克拉荷馬州立大學(xué)與馬普所的工作，就是探討二者的相關(guān)性。

而這項(xiàng)研究認(rèn)為CDF的測(cè)量結(jié)果，等于是用一個(gè)異常解釋了另一個(gè)異常。

還有人提出了新的計(jì)算W玻色子的模型。

南京師范大學(xué)和德累斯頓工業(yè)大學(xué)等研究，提出了用FlexibleSUSY，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型以外的模型中W玻色子極質(zhì)量的最新計(jì)算。

研究人員將計(jì)算結(jié)果應(yīng)用到了幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型的擴(kuò)展，結(jié)果認(rèn)為:

符合CDF的新測(cè)量。

但與此同時(shí)，物理圈里也有不一樣的聲音。今年，“云中”系列的藝術(shù)展主題為“向光而行”，比如第一單元“光·源”著眼于從生命之源，探討生命向內(nèi)的“內(nèi)驅(qū)力”。

例如來自復(fù)旦，中科院的研究，便基于CDF測(cè)量結(jié)果，在各種框架和假設(shè)下進(jìn)行電弱全局?jǐn)M合。

不過在論文的最后，研究人員還是表示:

非常需要更多的理論和實(shí)驗(yàn)發(fā)展，來揭示這種差異背后的物理學(xué)。

與此同時(shí)，面對(duì)研究引發(fā)的新物理學(xué)的說法，也有更加犀利的聲音mdash，mdash，

I fear not .

發(fā)表這個(gè)觀點(diǎn)的，是來自德國美因茨大學(xué)的Matthias Schott教授。

他也是從2012年開始研究W玻色子質(zhì)量，他認(rèn)為這項(xiàng)測(cè)試是一件非常困難的事情。

而當(dāng)他看完Science發(fā)表的這篇論文后評(píng)價(jià)道:

一個(gè)主要的問題是，新的測(cè)量方法與所有其他可用的測(cè)量方法不一致。。

我認(rèn)為這一點(diǎn)在他們的論文中沒有表達(dá)地很好。

主要是因?yàn)長EP實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果沒有被結(jié)合起來，其次是因?yàn)樗麄儧]有顯示LHCb的最新結(jié)果。

對(duì)此，Matthias Schott教授還新建了一張圖表，可以看到，此次7sigma，的結(jié)果與此前的測(cè)量結(jié)果完全不重合，確為一個(gè)孤證。

CDF與其它W玻色子質(zhì)量測(cè)量的比較，偏離7sigma，是個(gè)孤例

而在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的論文也提到了一點(diǎn):

大致意思就是，這次實(shí)驗(yàn)并不是獨(dú)立測(cè)量，是有依賴于現(xiàn)有模型，如果未來有理論模型更新，可能會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

除此之外，關(guān)于Tevatron加速器在2011年就關(guān)閉這個(gè)點(diǎn)，也有聲音認(rèn)為是潛在因素之一。

正如剛開始我們提到的，此前在探測(cè)中微子振蕩的OPERA實(shí)驗(yàn)組，就宣布過其所測(cè)中微子速度超越了真空中的光速。

但結(jié)果卻是，實(shí)驗(yàn)組發(fā)現(xiàn)這是由一個(gè)光纖接口不牢固導(dǎo)致的。

無獨(dú)有偶，Matthias Schott教授也曾提到過因?yàn)檠b置而產(chǎn)生的趣聞。

在他和團(tuán)隊(duì)通過ATLAS探測(cè)器測(cè)量W波色子質(zhì)量過程中，有很長一段時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)中的特征無法做出解釋。

最終他們的發(fā)現(xiàn)是ATLAS探測(cè)器因?yàn)樽陨碇亓窟_(dá)到7000噸，伴隨著時(shí)間的推移而變形造成的。

hellip，hellip，

而至于費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室此次測(cè)量的結(jié)果是否會(huì)真的引發(fā)新物理學(xué)，答案還需交給時(shí)間和未來的發(fā)展。

不過正如Matthias Schott教授，有一點(diǎn)是值得肯定的:

W玻色子質(zhì)量在未來的研究中是值得的！

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