http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-11-19
腾讯科学讯（Everett/编译）据国外媒体报道，近日科学家通过世界上最大的粒子加速器（位于瑞士边境的大型强子对撞机LHC）发现了极为罕见的粒子行为，对目前物理学的主流理论构成了重大打击，并使其受到质疑，涉及到构建宇宙的基石如暗物质问题等。来自大型强子对撞机的物理学家首次探测到一种特定类型的粒子衰变现象。目前对罕见粒子衰变的探测还只是初步的，研究人员还没有收集到足够的数据来证明他们所看到的现象不是一次随机性的事件。
大型对撞机中Bs介子（蓝色）衰变成两个介子（紫色）
事实上，初步观测与标准模型符合的太好了，没有像希望的那样出现新物理的迹象。当前物理学界最受欢迎的理论之一为“超对称”理论，其认为所有已知的亚原子粒子都存在它的超对称粒子，只不过现在并未发现它们存在的踪迹。如果超对称粒子确实存在，那么这将帮助我们解释一些经典的物理学奥秘，比如暗物质的性质等。暗物质被认为是宇宙中最为神秘的事物之一，是一种占据近四分之一宇宙空间而无法探测到的物质，科学家称暗物质的组成成分为超对称粒子。
根据11月12日来自大型强子对撞机底夸克探测器（LHCb）实验物理学家的最新消息，现在还不能对该现象进行反驳，但也无法进一步支持。根据工作于大型强子对撞机紧凑μ子线圈的粒子物理学家托马索·多里戈（Tommaso Dorigo）介绍：“许多新的物理理论受到一次沉重的打击，在此之前这些理论在标准模型框架下与实验观测较为相符。”比如超对称理论很好地解释了标准模型框架下亚原子粒子的行为，但新的发现对于超对称理论而言是个重大打击。
来自大型强子对撞机底夸克探测器科学家的报告，新的罕见粒子行为是“Bs介子”痕迹，介子由夸克和反夸克组成的束缚态，Bs介子的形成涉及底反夸克变成奇夸克的过程中，衰变产生了两个μ介子。“底”和“奇”分别是夸克的两种“味”，而反夸克则是夸克的反粒子，就如同物质与反物质。“Bs介子”是不稳定的粒子，通常情况下在地球上无法探测到它们的踪迹，但当质子对撞实验时才有可能出现。位于瑞士边境的欧洲核子研究中心大型强子对撞机长达17英里或者27公里的地下环形轨道可以创造出许多奇异的粒子，其中就包括了Bs介子。
根据标准模型的推测，该粒子衰变成介子对是非常罕见的事件，大约在每10亿年才会出现三次，通常这些粒子会变成其他物质。位于美国伊利诺伊州巴达维亚费米实验室的兆电子伏特加速器（Tevatron）在过去的十多年间一直没有探测到该粒子的衰变现象，但在今年三月，欧洲大型强子对撞机底夸克探测器物理学家宣布，他们已经了解到这种衰变的发生频率，现在的报告可认为是发现罕见粒子衰变现象的第一个证据。位于美国加州斯坦福直线加速器中心的理论物理学家兰斯·狄克逊（Lance Dixon）介绍：“这一发现显示了他们有能力探测到Bs介子参与的衰变模式并发现其信号。”
即便是这样，大型强子对撞机底夸克探测器的科学家认为还需要更多的证据来确认Bs介子衰变是否真正发生。底夸克探测器对罕见宇宙粒子衰变的初步探测结果显示，这种稀有的衰变每10亿年左右才会发生3.2次，如果这一进程与标准模型的预测存在较大的出入，那么可能表示这是一种新的粒子，比如超对称粒子，一些模型预测超对称粒子将会在某种程度上增加粒子衰变的进程。
兰斯·狄克逊认为现在的测量值非常接近标准模型的预测值，这意味着超对称粒子质量比预测的要重，或者只是一些其他的频谱抑制了粒子信号。但是研究人员并不会放弃寻找标准模型预测之外的新物理，底夸克探测器的发言人皮耶路易吉·坎帕纳（Pierluigi Campana）认为对超对称理论的研究并没有被我们的测量所排出在外，但目前该理论显示出了一些局限性，我们现在进行的探测是对超对称模型的检验，现在看来它似乎比以前更加健康。
[腾讯网]
物理学家探测到罕见粒子衰变 或颠覆超对称理论
粒子物理学中的标准模型
一个Bs介子衰变成为两个μ介子，这种现象极其罕见
新浪科技讯 北京时间11月14日消息，据英国广播公司(BBC)报道，物理学家们近期探测到了自然界中最罕见的粒子衰变现象之一。这项发现对于现行的物理学理论，即超对称理论将是一项重大打击。
超对称理论之所以获得流行，是因为它很好地构成了对现有描述亚原子粒子性质的标准模型的修正。它可以解释标准模型中存在的一些缺陷。而近日在日本京都举行的强子对撞机物理学会议上研究人员们报告的一项发现和超对称理论的诸多最可能的模型不符，研究人员们将于近期发表有关这一结果的论文。
克里斯·帕克斯(Chris Parkes)教授是英国参与大型强子对撞机项目部分的发言人，他告诉BBC新闻称：“超对称理论或许还不至于立即死掉，然而近期的这项观测结果确实足以让它进医院了。”
超对称理论预言现在已经被探测到的这些粒子都还存在着质量更大的版本。如果这些粒子能够被找到，那么它将可以帮助解释诸如暗物质等一些现象。观察显示星系边缘部分的旋转速度太快了，是无法用星系中我们见到的这些物质的量去解释的，因此科学家们认为是暗物质提供了额外的引力作用。然而他们找不到暗物质存在的踪迹，他们认为超对称粒子可能就是构成暗物质的一种可能候选者。
然而大型强子对撞机项目的研究人员们这次则是扎扎实实地给了对于希望发现这类超对称粒子的人们一个沉重打击。
研究人员测量了一种被称为“Bs介子”的粒子衰变成为两个μ介子的过程。这是人们首次观察到这种现象。事实上研究人员们计算指出这种粒子每10亿年才会发生3次这种衰变。
假如超对称粒子存在，那么这种衰变的发生应该要频繁得多。这项实验是检验超对称理论的试金石之一，然而这项观察结果似乎暗示，这一物理学界的主流理论事实上可能是错误的。
这项实验结果的置信区间是3.5Σ，这意味着其中存在着1/4300的可能性这一结果是错误的，实验小组观察到的是假信号，也就是说衰变并没有发生，但是他们恰好在数据中看到了一个同样的信号。这一置信度让这项研究结果值得进行进一步的探讨，而一旦置信度达到或超过5Σ，那么此时就可以将这一结果作为一项发现予以发布。
凡·吉布森(Val Gibson)教授来自英国剑桥大学的LHCb小组，他说这项实验结果让他身边研究超对称理论的同事们“坐立不安”。
事实上如果遵循标准模型，是可以自然地推知这项结果的。之前便已经有物理学家指出，如果存在超对称粒子，那么项目进行到这个时候，大型强子对撞机上的探测器应该已经探测到了，但事实是并没有探测到这样的粒子。
而如果超对称理论并非暗物质的最终答案，那么理论物理学家们将不得不重新寻找替代方案来解释现有标准模型中的不足之处。而到目前为止，那些致力于寻找“新物理”的研究人员们都前前后后的钻进了死胡同。
英国剑桥大学的物理学家马克-奥利弗·巴特勒(Marc-Olivier Bettler)博士是此次实验项目的数据分析组成员，他表示：“如果新的物理学存在，那么它一定就隐藏在标准模型的身后。”
此次研究结果并不能彻底排除超对称粒子存在的可能性。不过按照帕克斯教授的看法，“这一新的物理学的躲藏之处正变得越来越少”。
然而超对称理论的支持者们，如伦敦国王学院的约翰·艾里斯(John Ellis)教授，他们认为这项观察结果“事实上是符合超对称理论的”。他说：“事实上，在一些超对称模型中这是预料之中的。对于这样的探测结果，我晚上可没有因此睡不着觉。”(晨风)
[新浪网]
相关报道
科学家首次同时测定了光子的波动性和粒子性
腾讯科学讯（过客/编译）光是由波还是由粒子组成的呢？这个基本问题已经困扰了科学家们数十年的时间，因为光好像是由两者共同组成的。然而，迄今为止的试验已经显示光的表现或者像一种粒子或者像一种波，但是从未同时表现出两种状态。现在一种新型试验第一次展示了光能够同时表现的像一种粒子和一种波，为这种困惑打开了一个新的局面，有可能帮助科学家揭开光和整个量子世界的真实本质。
这张插图展示的是光的双重本质，表现的即像粒子又像波
受艺术家Maurits Cornelis Escher作品启发的艺术印象，展现了光在粒子和波表现形式间的连续变化
这种讨论可以至少追溯到远到艾萨克-牛顿时代，他提出光是由粒子组成的，而詹姆斯-克拉克-麦克斯韦尔认为光是一种波，他的电磁学理论将电学和磁学统一在一起。随后在1905年阿尔伯特-爱因斯坦借助光是由光子组成的概念解释了一种名为光电效应的现象（这一发现也让他赢得了诺贝尔物理奖。）
最终我们有充分的理由认为光既是一种粒子也是一种波。事实上，这也同样适用于所有的亚原子粒子，包括电子、夸克甚至最近发现的希格斯玻色子一样的微粒。这种概念被称为波粒二象性，而且它也是量子力学理论的基本原则。光或者其它任何类型的微粒表现的像一种粒子还是像一种波取决于进行什么类型的试验。到目前为止，光的两种本质面貌还没有同时观察到。
但是科学家们一直想知道，光从一种粒子转变成一种波是否取决于周围环境？或者是否光一直都是同时表现的即像粒子又像波呢？现在研究人员们第一次设计出了一种新型的测量装置，能够同时探测光即像微粒又像波的表现形式。这种装置依靠的是一种名为量子非定域性的古怪量子效应，这种反直觉的概念归结为同一粒子能够同时存在于两个位置的想法。
英国布里斯托大学的物理学家阿尔贝托-佩鲁佐在一份声明中说道：“这种测量装置检测到了强烈的非定域性，这就证实在我们的试验中光子同时表现的即像一种波又像一种粒子。这就对光或者像一种波或者像一种粒子的模型做出了强烈的反驳。”这篇描述试验的论文发表在11月2日出版的《科学》杂志上，佩鲁佐是论文的首席作者。
这个试验进一步依靠了量子力学的另一个古怪方面，也就是量子纠缠的概念。两种粒子能够纠缠在一起因此就会出现一个粒子影响另外一个粒子的行为。使用这种方式，研究人员们能够让试验中的光子延迟成为粒子还是波的选择。麻省理工学院的物理学家赛斯-劳埃德并未参与这个项目，他在《科学》杂志相关的随笔中称这个试验是有冒险精神的，并且说道：“虽然这种纠缠只能够延迟成为粒子或者波的选择几纳秒的时间，如果有人曾经接触过储存纠缠的量子存储器概念的话，那么就会了解这种选择能够推迟到明天。那么我们为什么现在就要下结论呢？
[腾讯网]
科学家发现暗能量新迹象 或突破爱因斯坦理论
暗能量占整个宇宙成分的73%
暗能量会以什么样的状态存在？中外科学家合作从最新的天文观测数据中研究发现了暗能量动力学的一些迹象。虽然这一新迹象的发现“仍然需要进一步的实验验证”，但其一旦得到进一步验证，将有望突破爱因斯坦宇宙学常数理论。
长期从事暗物质、暗能量等理论物理研究的中国科学院高能物理研究所张新民研究员3日在北京接受中新社记者采访时介绍说，就目前探测所知，已知物质仅占宇宙中的4%，而96%为暗物质和暗能量，其中1998年发现的暗能量占到73%。暗能量将决定着宇宙何去何从的命运，但其基本性质至今仍是个谜。
在宇宙学模型下，暗能量的性质由状态方程w(压强与能量密度之比值)的演化行为来描述，所以利用实验数据重建它的演化就是认识暗能量的基本性质。就理论模型而言，不同的暗能量模型可以通过它预言的状态方程w的演化行为来分类，例如，爱因斯坦的宇宙学常数或真空能预言的w不随时间而变、且恒为w=-1。
张新民和赵公博博士通过与英国、加拿大科学家合作，利用两点关联函数技术配合主成分分析方法，从最新的天文观测数据中重组出暗能量状态方程w从宇宙43亿年直到今天随时间演化的历史。研究发现，w在98.8%可信度上随时间演化并且越过w=-1。暗能量研究的这项进展成果，与张新民2004年研究提出的精灵暗能量模型预言(即w在宇宙演化的过程中穿越w=-1)一致，并发表于最新一期国际权威期刊《物理评论快报》。
宇宙学常数是1917年爱因斯坦为建立一个静态的宇宙模型而引进。“我们的发现显示暗能量可能不是宇宙学常数。这个结果一旦得到将来更多的实验和天文观测分析的证实，意义重大，说明超越了爱因斯坦(理论)”。
张新民指出，相对论、量子论被誉为20世纪物理科学两朵“乌云”，暗物质、暗能量堪称21世纪现代物理科学中两朵新“乌云”，对它们的研究将极有可能孕育出新的物理学、天文学重大发现乃至科学革命。
他表示，目前中国暗能量探测研究已规划路线图，南极昆仑望远镜、天籁计划、500米口径球面射电望远镜(FAST)等天文观测将在未来5到10年内提供实验数据，同时结合普朗克(Planck)，欧几里得(Euclid)等世界上大规模的巡天观测数据开展研究，“暗能量之谜将有可能在不久的将来被揭开”。(完)
[腾讯网]