标准模型作为一个行之有效的理论，主导了近几十年来粒子物理的发展。然而，粒子物理学家一直渴望发现存在于标准模型以外的新物理现象。近日，他们终于在大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）中发现了新的粒子可能存在的证据。

图 | LHCb实验正是依靠这个极为精密的顶角探测器来发现B介子的微小衰变

作为世界上最大的粒子加速器，坐落于瑞士日内瓦郊外的大型强子对撞机隶属于欧洲核子中心（Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire，CERN）。大型强子对撞机通过加速质子到一个极高的能量后产生碰撞，得到新的粒子，再采用两个大型探测器，atv，ATLAS和CMS，对新的粒子进行检测。

除了两个大型探测器外，atv直播，还存在一个小型探测器，LHCb。其功能是精确探测一类相似的粒子，包括这次发现的B介子的衰变过程。2012年在科学家们曾利用其大型探测器发现了希格斯玻色子，完善了标准模型的最后一片拼图，自此之后，再没有新的粒子被发现过。

图 | 发现希格斯玻色子的碰撞过程示意图

此次所发现的最新信号包含了B介子衰变的偏差信息。尽管仅有这一证据还不能够支撑结论，但结合其他证据后，这一新发现可能预示着高能领域中的一个新的粒子的存在。来自巴塞罗那的理论物理学家Matias表示：“观测到的B介子的衰减出现相干偏差的这组数据在过去的实验中从未出现过。而对这一现象最好的解释就是有一种新的粒子存在。”Matias认为，新粒子存在的证据已足够充足，但其他同行认为新理论还有待检验。

图 | Joaquim Matias

B介子由基础粒子——夸克组成。近似的质子和中子由两种夸克组成，上夸克和下夸克，三个束缚在一起。在高能粒子碰撞中，这些夸克与其对应的反物质夸克一起，可以生成更重的夸克— 粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。这些重夸克与其反夸克结合生成介子。

图 | 原子构成示意

B介子千分之一纳秒的寿命使得观测新物理现象成为可能。根据量子力学不确定性原理，B介子的内部受到飞进飞出的粒子影响，导致其衰变受到影响。即使是那些大型强子对撞机所无法产生的新的大粒子，当其与B介子内部结构作用时，也会影响B介子衰变速率和细节偏离于标准模型的预测。

该方法作为一种间接发现新粒子的方法，经实验检测是行之有效的。早在上世纪70年代，在仅有上夸克、下夸克和奇夸克被知道的情况下，物理学家通过发现K介子衰减的其特性预测了粲夸克的存在。其中，K介子是一类包含有一个奇夸克束缚于反夸克的介子的总称。

图 | B介子在碰撞中破碎

在当天的CERN的一次讨论中，LHCb的物理学家声称，从他们最新的实验成果中发现，当一种B介子衰变为一个K介子时，这个过程产生的副产品的几率具有明显的非均匀性，即衰变过程产生μ子（与电子类似）和反μ子的几率要小于产生电子和正电子的几率。然而，根据标准模型的预测，两几率应是相同的。LHCb团队的发言人，牛津大学物理学家Guy Wilkinson表示，“这个测量结果非常有意义，因为在理论上来说，两个几率应是严格相同的。”

这项测量结果仅是LHCb物理学家所发现6个证据的其中之一。虽然这些证据都很微弱，但它们较为一致。比如，早在2013年时，物理学家发现，粒子在B介子衰变过程中出射的角度与理论预测不也是严格相符的。