圖片說明：從底部往上看，LHCb的地下部分。圖片來源：Anna Pantelia/CERN
日前，在大型強子對撞機（Large Hadron Collider，LHC）中的一項驚人發現，使得科學家們開始重新思考一些基礎物理的數學描述。通過對日常生活中差別很明顯的兩種力（而在對撞機或宇宙剛剛誕生後卻很一致），科學家們簡化了基本粒子之間的相互作用。這一簡化將使得未來在LHC和其他對撞機中的實驗有助於解釋「新物理學」，發現人類從未發現過的粒子或運動過程。
在LHC中的一個探測器中（LHCb）中，因強大的質子碰撞而產生的復合亞原子結構以一種不可思議的方式瓦解。
探測器名字中的字母b代表美誇克，是誇克的一種，而誇克是物質的基本成分之一。一對誇克，即一個美誇克和其他另外一種誇克，在一起組成一個美介子。
介子是不穩定的瞬時結構，可迅速衰變成其他基本粒子。其中一種衰變產生一個電子和一個陽電子，或者一個μ子和它的反物質，即反μ子。
粒子物理學的標准模型預測上述兩種結果發生的概率是相等的，該模型是一種強大的數學模型，已指導物理學家發現了希格斯玻色子（higgs boson）和它之前的其他粒子。
然而使用LHCb探測器的實驗卻表明μ子與電子的衰減比要比預想中的少25%。這一異常現象屬於「新物理學」，我們還需進一步了解自然界中的基本作用力。
美國加州大學聖地亞哥分校（University of California，San Diego）的物理學教授Bengamin Grinstein，以及組內的博士後研究人員Rodrigo Alonso De Pablo和Jorge Martin Camalich重新審視了這一預測過程中的數學模型。他們的修正成果將於2014年12月第2周發表在Physical Review Letters雜志上。
通過標准模型描述了粒子及它們之間的相互作用，幫助人們發現了電磁相互作用力和弱相互作用力這兩種自然界中的基本作用力，這些可用來解釋放射性衰變。
通常情況下，弱作用力和電磁作用力是不同的；但是在一些特殊情況下，比如用對撞機產生的高能環境下或者宇宙大爆炸後的一些極端條件下，它們是統一的，並稱為電弱統一理論。
「我們注意到人們在低質量粒子諸如介子實驗中所用到的參數並沒有考慮到模型改進後的約束條件，對標准模型的改進將用於解釋一些其他的相互作用。」Grinstein說，「在實驗中，你會發現很多驚人的約束。而在低能情況時，人們可能會忽視電弱理論中的很多約束，雖然這些約束看不見，但忽視它是不正確的。」
Grinstein的研究小組總結道，當上述兩種作用力統一時，一些描述相互作用的數學用語，也稱之為參數，將不再適用。而其他有些參數是相關的，可合並為單個參數，這將大大減少模型中的參數總數。
Alonso說：「認真考慮，我們會得到更詳細更復雜的模型。該成果的精妙之處就是我們的假設大大簡化了這些衰變的物理學研究。」
Camalich說：「我們可以利用新物理學來解釋這一異常現象。」
他們的描述與標准模型中的數學理論是完全吻合的，只是增加了一項用來解釋低質量粒子中的一些偏移現象，諸如美誇克、奇異誇克和粲介子等的衰變。
這一簡化的數學模型對實驗物理學家的觀測給出了具體預測。它限制了基本粒子特定相互作用產生的自旋或螺旋等。
當然，這些是十分罕見的，僅有億分之一的美介子以這樣的方式衰變，而一個對撞機中會產生幾十億個介子。而這一個異常的介子就是Grinstein小組的研究對象。
按照量子場論，這些相互作用都是由粒子的交換產生的。
Grinstein說：「這一參數化法忽略了粒子之間的交換，它基於不可知論。」但是這對於發現新的基本粒子是有意義的，Grinstein補充說：「一旦很好地描述了這些粒子間的交換，我們就需要去研究在某些特定條件下何種粒子會停止交換。」
如果還存在其他的粒子，它們隱藏了這麼久，也許是因為它們的質量很大，而現有的對撞機還沒達到足夠高的能量去產生它們。
在宇宙學理論中，人們發現了一些新的物理規律和未知物質組成的暗物質的存在，以及暗能量導致的宇宙的加速碰撞。這些未解之謎讓我們有理由去推斷這一新粒子是否是暗物質的組成之一。
Alonso說：「在物理學中，對於新問題我們需要不斷研究基本規律，基本相互作用力可以解釋幾乎所有一切。」
日前，在大型強子對撞機（Large Hadron Collider，LHC）中的一項驚人發現，使得科學家們開始重新思考一些基礎物理的數學描述。通過對日常生活中差別很明顯的兩種力（而在對撞機或宇宙剛剛誕生後卻很一致），科學家們簡化了基本粒子之間的相互作用。這一簡化將使得未來在LHC和其他對撞機中的實驗有助於解釋「新物理學」，發現人類從未發現過的粒子或運動過程。
在LHC中的一個探測器中（LHCb）中，因強大的質子碰撞而產生的復合亞原子結構以一種不可思議的方式瓦解。
探測器名字中的字母b代表美誇克，是誇克的一種，而誇克是物質的基本成分之一。一對誇克，即一個美誇克和其他另外一種誇克，在一起組成一個美介子。
介子是不穩定的瞬時結構，可迅速衰變成其他基本粒子。其中一種衰變產生一個電子和一個陽電子，或者一個μ子和它的反物質，即反μ子。
粒子物理學的標准模型預測上述兩種結果發生的概率是相等的，該模型是一種強大的數學模型，已指導物理學家發現了希格斯玻色子（higgs boson）和它之前的其他粒子。
然而使用LHCb探測器的實驗卻表明μ子與電子的衰減比要比預想中的少25%。這一異常現象屬於「新物理學」，我們還需進一步了解自然界中的基本作用力。
美國加州大學聖地亞哥分校（University of California，San Diego）的物理學教授Bengamin Grinstein，以及組內的博士後研究人員Rodrigo Alonso De Pablo和Jorge Martin Camalich重新審視了這一預測過程中的數學模型。他們的修正成果將於2014年12月第2周發表在Physical Review Letters雜志上。
通過標准模型描述了粒子及它們之間的相互作用，幫助人們發現了電磁相互作用力和弱相互作用力這兩種自然界中的基本作用力，這些可用來解釋放射性衰變。
通常情況下，弱作用力和電磁作用力是不同的；但是在一些特殊情況下，比如用對撞機產生的高能環境下或者宇宙大爆炸後的一些極端條件下，它們是統一的，並稱為電弱統一理論。
「我們注意到人們在低質量粒子諸如介子實驗中所用到的參數並沒有考慮到模型改進後的約束條件，對標准模型的改進將用於解釋一些其他的相互作用。」Grinstein說，「在實驗中，你會發現很多驚人的約束。而在低能情況時，人們可能會忽視電弱理論中的很多約束，雖然這些約束看不見，但忽視它是不正確的。」
Grinstein的研究小組總結道，當上述兩種作用力統一時，一些描述相互作用的數學用語，也稱之為參數，將不再適用。而其他有些參數是相關的，可合並為單個參數，這將大大減少模型中的參數總數。
Alonso說：「認真考慮，我們會得到更詳細更復雜的模型。該成果的精妙之處就是我們的假設大大簡化了這些衰變的物理學研究。」
Camalich說：「我們可以利用新物理學來解釋這一異常現象。」
他們的描述與標准模型中的數學理論是完全吻合的，只是增加了一項用來解釋低質量粒子中的一些偏移現象，諸如美誇克、奇異誇克和粲介子等的衰變。
這一簡化的數學模型對實驗物理學家的觀測給出了具體預測。它限制了基本粒子特定相互作用產生的自旋或螺旋等。
當然，這些是十分罕見的，僅有億分之一的美介子以這樣的方式衰變，而一個對撞機中會產生幾十億個介子。而這一個異常的介子就是Grinstein小組的研究對象。
按照量子場論，這些相互作用都是由粒子的交換產生的。
Grinstein說：「這一參數化法忽略了粒子之間的交換，它基於不可知論。」但是這對於發現新的基本粒子是有意義的，Grinstein補充說：「一旦很好地描述了這些粒子間的交換，我們就需要去研究在某些特定條件下何種粒子會停止交換。」
如果還存在其他的粒子，它們隱藏了這麼久，也許是因為它們的質量很大，而現有的對撞機還沒達到足夠高的能量去產生它們。
在宇宙學理論中，人們發現了一些新的物理規律和未知物質組成的暗物質的存在，以及暗能量導致的宇宙的加速碰撞。這些未解之謎讓我們有理由去推斷這一新粒子是否是暗物質的組成之一。
Alonso說：「在物理學中，對於新問題我們需要不斷研究基本規律，基本相互作用力可以解釋幾乎所有一切。」
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