北京時(shí)間6月25日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，粒子物理學(xué)研究迫切需要升級，而物理學(xué)家手頭正好有這樣一個(gè)問題：一些粒子和力在鏡像中可能變得很不一樣，這一問題本身就使所謂的標(biāo)準(zhǔn)模型陷入混亂。

當(dāng)宇宙中的亞原子粒子轉(zhuǎn)化為鏡像時(shí)，它們之間幾乎所有的基本反應(yīng)看起來都是一樣的，這種鏡像被稱為宇稱，被認(rèn)為是對稱的，或者按物理學(xué)的說法，具有宇稱對稱性。

然而，并不是所有粒子都遵循這一規(guī)則，例如，我們知道，涉及弱核力(弱相互作用)——本身因?yàn)橹T多原因而顯得十分奇異——的反應(yīng)就違反了宇稱對稱性，因此，可以合乎情理地推測，量子世界中的其他力和粒子也可能破壞這種對稱性。

物理學(xué)家對這些理論上會(huì)違反宇稱對稱性的反應(yīng)很感興趣，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)為我們指明新的物理學(xué)方向，幫助我們超越粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。在粒子物理學(xué)中，標(biāo)準(zhǔn)模型是對所有亞原子事物的總結(jié)，是描述強(qiáng)核力(強(qiáng)相互作用)、弱核力和電磁力這三種基本相互作用及組成所有物質(zhì)基本粒子的理論。到目前為止，幾乎所有對這三種力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都符合標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測。

不幸的是，我們似乎永遠(yuǎn)不會(huì)在粒子加速器和實(shí)驗(yàn)室中看到奇怪的宇稱違背反應(yīng)，這種相互作用非常罕見，而且很微弱，目前的儀器還無法探測到。

不過，也有一些罕見的例外。

位于日內(nèi)瓦附近的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)是世界上最大的粒子加速器，那里的研究人員一直在尋找這些罕見的相互作用，到目前為止，研究人員還沒有獲得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，但即使這樣的結(jié)果也能帶來啟發(fā)。否定的結(jié)果有助于剔除毫無結(jié)果的假設(shè)，讓物理學(xué)家能夠?qū)Ｗ⒂趯ふ腋邢Ｍ男挛锢矸椒ā?/p>

對稱性是物理學(xué)中最重要的概念之一。

你甚至可以說，物理學(xué)家的工作就是在尋找對稱性，對稱性揭示了支配現(xiàn)實(shí)最內(nèi)在運(yùn)作的自然基本法則，這可是個(gè)大問題。

那么，什么是對稱性呢?對稱性意味著，如果你改變某個(gè)過程或相互作用中的一個(gè)元素，這個(gè)過程保持不變，則在物理學(xué)上關(guān)于這一改變的過程是對稱的。這里可能有點(diǎn)模糊，因?yàn)橛性S多不同的對稱性，例如，有時(shí)可以改變粒子電荷的符號，有時(shí)可以觀察過程在時(shí)間上向前或向后，有時(shí)還可以運(yùn)行某個(gè)過程的鏡像版本。

最后一個(gè)，在鏡像中觀察某個(gè)過程，即稱為宇稱對稱性。物理學(xué)中，大多數(shù)亞原子間的相互作用，無論發(fā)生在你面前還是在鏡像中，都會(huì)得到完全相同的結(jié)果，但是，有些相互作用違反了這種對稱性，比如弱核力，尤其是涉及到產(chǎn)生中微子的弱核力過程。

中微子總是“向后”自旋(換句話說，它們的自旋點(diǎn)的軸總是遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)方向)，而反中微子則是“向前”旋轉(zhuǎn)(它們的自旋點(diǎn)的軸在它們飛行時(shí)一直向前)，這意味著在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的中微子和反中微子的數(shù)量，與依賴弱核力的鏡像翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)相比，存在著非常細(xì)微的差異。

破碎的鏡子

據(jù)我們所知，弱核力和弱核力本身違反了宇稱對稱性。不過，這或許并不是個(gè)例，我們知道，肯定存在著超出目前認(rèn)知的物理學(xué)，一些理論觀點(diǎn)和概念也違反了宇稱對稱性，例如，有一些理論預(yù)測，在LHC通常檢測的粒子種類的“正常的”相互作用中，存在著微妙的不對稱。

當(dāng)然，這些理論觀點(diǎn)既奇異又復(fù)雜，而且很難驗(yàn)證，在很多情況下，物理學(xué)家并不確定要尋找什么。

問題是，盡管我們知道目前粒子世界的標(biāo)準(zhǔn)模型是不完整的，但我們不知道到哪里去尋找新的模型。許多物理學(xué)家希望大型強(qiáng)子對撞機(jī)能揭示出一些東西——某種新的粒子、新的相互作用等等;只要能讓我們找到一些新的、令人興奮的東西就行，但是，到目前為止，所有這些探索都失敗了。

在標(biāo)準(zhǔn)模型之外，許多先前頗受關(guān)注的理論(如超對稱理論)正逐漸被排除，而這正是違反宇稱對稱性可能派上用場的地方。幾乎所有標(biāo)準(zhǔn)模型常見假設(shè)的延伸都包括一個(gè)限制條件，即只有弱核力違反了宇稱對稱性。這已經(jīng)融入到標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)中，這也意味著，像超對稱性、軸子和輕夸克這樣的概念都是在“原地”保留著這種對稱性的破壞，而沒有涉及到其他過程。

然而，如果這些常見的延伸沒有成功，那么也許是時(shí)候拓寬我們的視野了。

為此，一組研究人員在大型強(qiáng)子對撞機(jī)的緊湊μ子線圈(CMS)實(shí)驗(yàn)釋放的數(shù)據(jù)緩存中尋找宇稱違背的跡象，這是一次相當(dāng)棘手的尋找過程，因?yàn)檫@并不是建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)的真正目的，但研究人員聰明地找到了一種方法，通過檢測其他粒子之間相互作用的遺留物來達(dá)到目的。

研究的結(jié)果是：沒有發(fā)現(xiàn)違反宇稱對稱性的跡象。標(biāo)準(zhǔn)模型再次經(jīng)受住了考驗(yàn)。

雖然這項(xiàng)研究沒有開辟物理學(xué)的新領(lǐng)域，有點(diǎn)令人失望，但也將有助于未來的搜索變得更加清晰。如果我們繼續(xù)搜尋，但仍然沒有發(fā)現(xiàn)弱核力以外違反宇稱對稱性的證據(jù)，那么可以推測，在標(biāo)準(zhǔn)模型之外可能存在一些與主流理論相同的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，只允許弱核力出現(xiàn)不同的鏡像。(任天)