英國《新科學家》周刊1月15日一期發表題為《物理學的新曙光——大型強子對撞機找到了迄今為止最有力的跡象，表明有一種新粒子可以改變游戲規則》的文章，作者系哈里·克利夫。文章稱，如果浮現的圖景得到證實，我們對自然界組成要素的理解將迎來一場革命。全文摘編如下：
2021年1月20日晚6點半，在漫長的冬季封鎖的陰霾中，一個小團隊在Zoom上開會，分享一個他們知道可能永遠改變物理學的時刻。倫敦帝國理工學院的米特什·帕特爾說：“我真的在發抖。”他和他的團隊即將“解開”期待已久的大型強子對撞機底夸克實驗（LHCb）的結果，這一實驗可能最終會打破標準模型，也就是我們目前對自然界基本運行情況的最佳描述。

這項測量涉及被稱為“美夸克”或“底夸克”的亞原子粒子。在過去的幾年里，它們的行為暗示了有超出我們既定理解的力?，F在，隨著跡象持續得到證實，更多的結果即將出現，現在是關鍵時刻。如果這些夸克的行為就像它們看起來那樣，那么我們看到的不僅是一種未知自然力的影響，也許還勾勒出了一種新的統一的粒子和力學理論的輪廓。

連貫的“美夸克異常”

美夸克的傳奇始于21世紀頭十年中期，當時德國慕尼黑大學的理論物理學家古德倫·希勒，從日本的貝爾實驗和在加利福尼亞州進行的巴巴實驗的海量數據中獲得見解。電子與其反粒子正電子的碰撞產生美夸克。美夸克在衰變成其他粒子前會存活片刻——平均約1.5萬億分之一秒。

希勒對一種極其罕見的衰變特別感興趣，在這種衰變中，美夸克變成了奇夸克，這是六類夸克中第三重的夸克。在此過程中，它會發射兩個帶相反電荷的μ子，也就是較重版本的電子。像這樣的罕見衰變是非常有價值的，因為如果它們存在的話，可能會受到未知的自然力的強烈影響。我們的想法是對這樣的衰變進行最精確的測量，并將它們與理論物理學家使用標準模型所能收集到的最精確的預測進行比較。如果兩種結果不一致，就有證據表明有新的力。

十年后，歐洲核子研究中心的大型強子對撞機上的碰撞開始產生一系列的美夸克，LHCb實驗記錄并分析了這些美夸克。

第一次異常是在早期測量時發現的，產生一個奇夸克和兩個μ子的衰變發生的頻率比標準模型預測的要少。然后，在2013年，LHCb實驗發布了一項新的測量，分析了在這些衰變過程中產生的粒子飛出的角度。這次，出現了更強烈的偏離標準模型的跡象。然而，理論上仍有足夠的不確定性，有待商榷。

2014年，LHCb發布了第一個測量數據，比較了美夸克衰變成μ子和電子的頻率。讓幾乎所有人都感到意外的是，數據再次與標準模型不符。

粒子物理學中的異?，F象來來去去，而對μ子-電子比率的測量本身還沒有跨過統計確定性的門檻，因此它還不能被視為決定性的發現。但是，所謂的“美夸克異常”有一種連貫性，這使得越來越多的物理學家認為這是真的。

“我已經變成了一個信徒，”劍橋大學的理論物理學家本·阿蘭納奇說，“總是有合理的懷疑，但事實是，這種懷疑來自許多不同的角度，而且說的是同一件事，這一事實相當令人信服。”

“大統一理論”的邊緣

在這種情況下，是什么導致了這些異常呢？阿蘭納奇在過去的幾年里一直試圖弄清楚這一點。對他來說，最有希望的候選粒子是一種被稱為Z prime的假想粒子所攜帶的力。這將是非常重的、中性的，關鍵是，它將與電子和μ子產生不同強度的相互作用。這可以解釋為什么美夸克衰變成μ子的頻率比衰變成電子的頻率要低——Z prime阻止了它們。

如果美夸克異常揭示了一種幾乎完全作用于第三代粒子的新作用力的存在，就可以解釋不同代粒子的不同了。

這股新自然力的影響還不止于此。在20世紀下半葉，物理學家發現，標準模型所描述的三種自然力——強力、弱力和電磁力——都可以用數學對稱性來描述。在20世紀70年代，人們大力推動將這三種力結合到一個更大的對稱性下，創建所謂的大統一理論。

“美夸克異常”現象似乎正在復活舊的大統一理論的某些方面，但能量遠遠低于任何人的預期。阿蘭納奇認為，我們目前看到的新自然力的跡象可能是一種更宏偉的對稱性的低能量殘留物，只有在非常高的能量下才會變得明顯。換句話說，我們可能瞥到了大統一理論的邊緣。

迎接物理學新革命

希勒開創了對“美夸克異常”的另一種更深遠的解釋——一種被稱為輕子夸克的粒子。輕子夸克將再次成為一種新的力的載體。這種作用力會將夸克直接轉化為電子、μ子和τ子，統稱為輕子——因此，也就是粒子的名稱。

現在的挑戰是證明這些異?，F象是真實存在的。已經在LHCb實驗中進行新的測量，以確認這種情況并測試隱藏的實驗影響。

與此同時，圍繞這些異?，F象日益增長的興奮已經喚醒了大型強子對撞機的兩只巨獸——超環面儀器實驗和緊湊μ子線圈實驗。2012年，它們發現了希格斯玻色子，這是一種長期被預言的標準模型粒子，給出了所有其他基本粒子的質量；現在，開始考慮如何才能探測到預測的Z prime或輕子夸克。在日本，貝爾2實驗正在逐步積累數據，這將使其能夠獨立檢查LHCb的幾個結果。

如果浮現的圖景得到證實，我們對自然界組成要素的理解將迎來一場革命。這可能會揭示標準模型下更深層次的結構，同時甚至可能讓我們掌握暗物質的性質或希格斯玻色子的奇怪特性。如果發生這種情況，這將是自標準模型建立以來，基礎物理學領域最偉大的發現。賭注很高，游戲開始了。