有超认知的新粒子和力量？弱力测量缩小可能性范围学术资讯

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▲在杰斐逊实验室C厅里的“Q-弱”实验装置。

弱力是自然界里四种基本力量中第二弱的、作用距离第一短的一种力。它只作用于电子、夸克层子、中微子（杜真子）等费米子，并制约着放射性现象，而对诸如光子、引子等玻色子不起作用。它引发的一系列物理反应为太阳提供能量，其放射性衰变机制加热了地球内核，它还能使医生在没有手术的情况下检测出病人体内的疾病。总之，弱力是一种对人类日常生活至关重要的力量。据《自然》杂志5月9日刊发的一篇研究论文称，在美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器中心（Department of Energy's Thomas Jefferson National Accelerator Facility）的“Q-弱”实验中，科学家已成功完成了对弱力的精确测试，这一最新结果将缩小超出我们现有物理知识以外的新粒子和力量存在的可能性范围。

“这一精密测量技术可作为一扇进入潜在新粒子世界的窗户，否则这些粒子只能通过极高能的加速器才能观测到，而这样的加速器目前已经超出了我们的技术能力范围。”杰斐逊实验室的科学家、“Q-弱”协作实验的联合发言人罗杰·卡烈尼（Roger Carlini）说。

如今，“Q-弱”协作实验揭示了弱力的一个秘密：它对质子精确控制的强度。他们是通过对质子的微弱电荷进行高精确度测量来实现这一实验目标的，他们采用的设备是美国能源部的“连续电子束加速器装置”（Continuous Electron Beam Accelerator Facility）的高质量光束。

美国能源部科学研究所的核物理学副主任蒂莫西·J·哈尔曼（Timothy J. Hallman）说：“这一极具挑战性的实验结果，是我们于目前的认知以外在世界范围内搜寻新物理过程的又一线索。有充分的证据表明，粒子标准模型的物理学只能提供自然界现象的不完整描述，但未来的突破会来自何方仍然有待发现，而像‘Q-弱’这样的实验让我们越来越接近于找到答案。”例如，“Q-弱”实验的结果缩小了轻子夸克可能存在的范围——这种假想的粒子可以反向对调两种范围广阔、性质截然不同的基本粒子，将夸克（核物质的基本物质）转变为轻子（电子和重质量的类似粒子），反之亦然。

美国国家科学基金会数学和物理科学理事会副主任安妮·金尼（Anne Kinney）说：“经过十多年的精心努力,‘Q-弱’实验不仅完善补充了粒子标准模型，其结果还表明，实验的极高精度可以让中能实验的结果与世界上可用的最大加速器相媲美。这种精确度对于寻找超越标准模型的物理过程是非常重要的，因为在标准模型中新粒子效应可能会出现非常微小的偏差。”

杰斐逊实验室的科学家和“Q-弱”项目经理格雷格?史密斯（Greg Smith）说：“这是一个补充性的研究成果。如果在未来找到了新物理过程的证据，我们就可以从这篇论文设定的范围中去判断它究竟可能是什么。”

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编译：朱明逸审稿：西莫编辑：程建兰

来源：https://phys.org/news/2018-05-precision-proton-weak-narrows-physics.html