2020-01-04 21:21:14 超弦

众所周知，粒子物理学的标准模型占据了粒子界的主导地位，在几十年的时间里，它成功地通过了来自世界各地实验的挑战。这一理论将我们对宇宙四种基本力中的三种——电磁力、强核力和弱核力——的理解统一在一个量子理论下。总而言之，这是所有科学中最久经考验的理论，能够解释大量的基本相互作用。

然而，我们知道这个粒子模型远非完美。举几个例子，它不能解释中微子质量，也不能给我们关于暗物质的线索。绝大多数物理学家相信，还有另一种理论，它包含了标准模型所能解释的一切和它所不能解释的一切，因此科学家急切地想要找出粒子标准模型的漏洞，企图发现标准模型不为人知的一面。那么这就要从粒子开始讲起。

粒子的“味”

粒子原是指能够以自由状态存在的最小物质组成部分。最早发现的粒子是原子、电子和质子，但后来科学家发现粒子并不是像中子、质子等实际存在的具体的物质，而是它们的统称粒子，其中还有许多，比如介子、夸克、轻子等。粒子的世界分为三个阵营，被称为“味道”或者“味”。味指一种基本粒子的种类，例如，电子代表一种味，还有两种性质几乎相同的粒子，介子和tau，它们有自己的味。长期以来，科学家一直怀疑这三种味应该是平等的，但一直没有得到证实。

而令人惊喜的是，多年的对撞机实验开始表明，或许并非一切都是平衡的。当然，这些实验的结果仍然是试验性的，还没有重要到足以咋粒子界发现了被称为标准模型的裂缝。然而，如果这一结果成立，那么它将为理解从暗物质到宇宙起源的一切事物打开大门，于是科学家就不得不开始找关于粒子标准模型的漏洞了，或者说完善标准模型，变成一种更加完美的模型。

更好的理论模型

但遗憾的是，我们不知道这个理论是什么样的，也不知道它会做出什么样的预测。因此，我们不仅不知道生命、宇宙和这两者之间的所有事物的完整答案，我们也不知道如何得到这些答案。为了找到“更好的理论”的蛛丝马迹，研究人员正在寻找标准模型的任何缺陷或错误预测—，因为该理论的一条裂缝可能会为这个更加完美的理论提供线索。

于是科学家盯上了轻子，因为标准模型的众多预测之一与轻子的性质有关，轻子是像电子或夸克那样的微小、孤立的粒子。轻子被分为三类，它们被称为代或味。不同味道的粒子除了质量不同外，其他性质都相同。例如，电子，介子和粒子都有相同的电荷和自旋，但是介子比电子重，甚至更重，它们有不同的味道。

根据标准模型，这三种电子的表现应该完全相同。基本的相互作用应该以相等的概率产生这些，但是大自然就是无法分辨出它们之间的区别，所以它们并不存在自然界的偏爱。

结果

不过，这些都是理论，因此应该进行测试。多年来，各种各样的实验，比如在欧洲核子研究中心(CERN)和巴巴实验室(BaBar)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)中进行的实验，在这些实验中，基本粒子在大规模碰撞中被撞在一起。这些碰撞产生的粒子可能会提供线索，让我们了解大自然在最深处是如何运作的。其中一些碰撞被设计用来观察自然界是否喜欢轻子的一种味道。

特别是一种叫做底夸克的粒子，它很喜欢衰变为轻子。有时它会变成一个电子。有时μ介子。有时τ。但无论如何，这三种味道都有同等的机会从残骸中浮现出来。目前物理学家们已经成功地收集了数以亿计的这样的底夸克衰变，并且从几年前开始，数据中出现了一些奇怪的东西，在这些相互作用中，自然似乎比其他轻子更喜欢tau粒子。然而，它在统计学上几乎没有意义，所以很容易把这些结果当作统计上的侥幸而不予考虑，但也许我们只是没有运行足够的碰撞，所以才使一切都平衡。

不太标准模型

在标准模型中，不同口味的轻子味道与希格斯玻色子的相互作用越多，它的质量就越大。但除此之外，大自然不会给与它们明显的差别，因此我们预测所有的味道在所有的相互作用中都应该是平等的。

但是，如果这些所谓的“味道区别”确实是我们宇宙的一个真实特征，而不仅仅是数据收集中的某个缺陷，那么我们需要一些方法来解释为什么大自然应该更偏向tau粒子，而不是电子或介子。一种可能性是，可能有不止一种希格斯玻色子在周围飞舞——一种提供电子和介子的质量，另一种特别喜欢tau，让它更频繁地从相互作用中跳出来。