日前，來自蘭卡斯特大學的Roger Jones刊文稱：作為歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)的一名物理學家，最常被問到的一個問題是–“你們什麼時候能找到什麼？”我忍住誘惑並諷刺地回答–“除了獲得諾貝爾獎的希格斯玻色子和一大堆新的複合粒子之外你還能找到什麼？”我意識到，這個問題之所以如此頻繁地被提出來是因為我們是如何向更廣泛的世界描述粒子物理學的進展的。

我們經常從發現新粒子的角度來談論進展，而這經常是真實的。研究一個新的、非常重的粒子有助於我們看到潛在的物理過程–通常沒有惱人的背景噪音。這使得我們很容易向公眾和政治家解釋這一發現的價值。

然而最近，對普通的、已經知道的、標準的粒子和過程的一系列精確測量有可能撼動物理學。而隨著大型強子對撞機準備以比以往更高的能量和強度運行，現在則是時候開始廣泛討論其影響了。

事實上，粒子物理學一直以兩種方式進行，新粒子是其中之一。另一種是通過進行非常精確的測量，從而檢驗理論的預測並尋找跟預期的偏差。

如愛因斯坦廣義相對論的早期證據來自於發現恆星表面位置的微小偏差和水星在其軌道上的運動。

三個關鍵的發現

粒子遵從一種反直覺但非常成功的理論，即量子力學。這一理論表明，質量大到無法在實驗室中直接碰撞的粒子仍可以影響其他粒子的行為。然而，對這種影響的測量非常複雜，而且更難向公眾解釋。

但最近的結果暗示了標準模型以外的無法解釋的新物理學是屬於第二種類型。來自LHCb實驗的詳細研究發現，一種被稱為美夸克的粒子（夸克構成了原子核中的質子和中子）“衰變”（解體）為電子的頻率遠遠高於為μ子–電子更重，但在其他方面完全相同，是兄弟姐妹。根據標準模型，這種情況不應該發生–暗示新的粒子或甚至自然界的力量可能影響這一過程。

有趣的是，來自LHC的ATLAS實驗對涉及“頂夸克”的類似過程的測量顯示，這種衰變確實以相同的速度發生在電子和μ子身上。

與此同時，美國費米實驗室的Muon g-2實驗最近非常精確地研究了Muon在其“自旋”（一種量子屬性）跟周圍磁場相互作用時如何“搖擺”。它發現跟一些理論預測有微小但明顯的偏差–再次表明可能有未知的力量或粒子在起作用。

最新的令人驚訝的結果是對一個被稱為W玻色子的基本粒子的質量的測量，該粒子攜帶支配放射性衰變的弱核力。經過多年的數據採集和分析，同樣在費米實驗室進行的實驗表明，它比理論預測的要重得多–其偏差量在超過一百萬次的實驗中不會偶然發生。同樣，這可能是尚未發現的粒子在增加它的質量。

然而有意思的是，這跟來自大型強子對撞機的一些較低精度的測量結果也不一致。

判決結果

雖然我們並不絕對確定這些效應需要一個新的解釋，但證據似乎越來越多地表明需要一些新的物理學。

當然，會有幾乎和理論家一樣多的新機制來解釋這些觀察。許多人將尋求各種形式的“超對稱性”。這是一個想法，即標準模型中的基本粒子比我們想像的多一倍，每個粒子都有一個“超級夥伴”。這些可能涉及額外的希格斯玻色子（跟賦予基本粒子質量的場有關）。

其他人將超越這一點，援引最近不太時髦的想法，如“技術色”，這將意味著存在額外的自然力（除了重力、電磁力及弱核和強核力）並可能意味著希格斯玻色子實際上是由其他粒子組成的複合物體。只有實驗才能揭示事情的真相–這對實驗者來說是個好消息。

同樣，也可能是研究人員使用了微妙的不同解釋，所以發現了不一致的結果。對比兩個實驗結果，需要仔細檢查在兩種情況下是否使用了相同的近似水平。

這兩個例子都是“系統不確定性”的來源，雖然所有相關人員都在盡力量化它們，但可能會有不可預見的複雜情況從而低估或高估它們。

這些都不會使當前的結果變得不那麼有意思或重要。這些結果說明的是，有多種途徑可以更深入地理解新物理學，並且它們都需要被探索。

隨LHC的重新啟動，我們仍有可能通過更罕見的過程產生新粒子，或發現隱藏在我們尚未發掘的背景下的新粒子。