欧洲核子研究中心，世界上最强大的粒子加速器正在制造一场不小的麻烦。这台造价数十亿美元、埋在法瑞边境地下27公里环形隧道里的机器，最近产生的实验数据与统治粒子物理学超过50年的"标准模型"出现了明显偏差。
偏差有多大？研究团队用统计学语言给出的答案是：四个标准差。
四个标准差意味着什么？如果标准模型是完全正确的，那么在实验数据中出现如此极端的随机波动，概率只有大约1/16000。这还不是物理学界公认的"发现级别"，但已经足够让全球粒子物理学家把注意力聚焦到这里。
"企鹅衰变"：一个名字古怪、意义重大的粒子过程
在大型强子对撞机（LHC）中，磁铁使质子粒子在一条长达27公里的隧道内发生偏转，该隧道建于法瑞边境下方。图片来源：欧洲核子研究中心（CERN）。
这次引发轰动的实验结果，来自大型强子对撞机上的LHCb探测器，研究对象是一种叫做B介子的亚原子粒子的衰变过程。
B介子是由"底夸克"构成的粒子，寿命极短，形成后会迅速衰变成其他粒子。研究人员关注的是一种被称为"电弱企鹅衰变"的极为罕见的过程：B介子衰变为K介子、π介子和两个μ子，在标准模型的框架下，每一百万个B介子中只有一个会走这条路。
"企鹅"这个词来自一段学术界的逸话，指的是图示中参与反应的粒子排列形状。这个名字虽然古怪，但这类衰变过程在物理学上极为敏感，原因很微妙：在这个过程中，底夸克转变为奇异夸克，必须借助虚粒子作为中间媒介。任何比现有理论框架更重的"新粒子"，哪怕在大型强子对撞机上无法被直接产生，也可能悄悄影响这个过程并留下可测量的痕迹。这是一种间接探测的方法，不亚于在无法直接看见某颗星的情况下，通过它对周围天体的引力影响来确认它的存在。
LHCb团队分析了2011年至2018年间约6500亿个B介子衰变事件，仔细测量了衰变产物的角度、能量和发生频率，并将结果与标准模型的理论预测逐一比对。四个标准差的偏差就在这个过程中浮现出来。
独立实验的印证进一步强化了这个信号。2025年初，同处大型强子对撞机上的CMS实验也发布了类似方向的测量结果，尽管精度不如LHCb，但两组数据高度吻合，很难用巧合来解释。
距离"发现新物理"，还差多远？
大型强子对撞机上的LHCb实验。图片来源：欧洲核子研究中心
物理学界有一条不成文的黄金标准：只有偏差达到五个标准差，也就是发生概率低于三百五十万分之一，才能宣称"发现"了什么。目前四个标准差的水平，离这条线还差一步。
但证据的积累方式很重要。这不是一个孤立的实验结果，而是在不同实验、不同数据集中反复出现的方向一致的异常信号。更关键的是，研究团队已经认真考虑了一种叫做"迷人企鹅"的背景干扰过程，这是标准模型内部一组贡献难以精确计算的过程，曾经被认为可能是导致偏差的"无聊解释"。但近期的理论估算表明，这些迷人企鹅的影响远不足以解释当前的数据。
如果"迷人企鹅"不是答案，那么偏差就需要用标准模型之外的东西来解释。目前理论物理学家提出的候选方案，主要有两类：一类是"轻夸克"，一种能够将夸克和轻子这两类通常泾渭分明的基本粒子联系起来的假想粒子；另一类是比希格斯玻色子更重的新粒子，质量大到大型强子对撞机无法直接产生，却能在罕见衰变中留下可辨别的影响。
这个故事接下来会怎么走？答案在数据里。2018年之后，LHCb探测器完成了升级，目前已经积累了相当于此前三倍的B介子衰变事件。2030年代大型强子对撞机计划进行进一步升级，届时数据量将比当前多出15倍。届时，无论偏差被证实为真实的新物理信号，还是随着数据增加而归于平静，都会得到一个明确的答案。
物理学家们上一次真正意义上"发现新物理"，是2012年希格斯玻色子的确认，那是标准模型框架内最后一块缺失的拼图。而现在，这台埋在地下的机器或许正在拼出一幅更大的图的边缘。
热门跟贴