粒子物理学家第一次看到“Zeptoverse”

大型强子对撞机多年来一直致力于将质子撞击在一起。但最近，质子碰撞产生了一个不可思议的结果，这是探索所谓“zeptoverse”（比原子小很多很多倍的现实尺度）的第一步。这将是迄今为止所探索过的最小尺度的物理世界，并且可能会违背我们对物理学如何运作的期望。当质子以接近光速碰撞在一起时，欧洲核子研究中心的科学家发现了一种最不可能的物质衰变的证据——这种衰变的可能性如此之小，以至于物理学家四十多年来一直希望观察到这种现象。这次碰撞产生了许多粒子，其中包括一些被称为中性 B 介子的粒子，科学家发现信号表明其中一个粒子已衰变成 μ 子和反 μ 子。介子一直在衰变。这些比原子还小的微小粒子，是由其他粒子之间的碰撞产生的，并且在转变为其他粒子之前只存在短暂的时间。另一方面，μ 子与原子中的电子相似，但重约 200 倍。科学家研究这些粒子及其衰变，以测试当前物理学的预测并寻找未知粒子的线索。标准模型——粒子物理学的圣经——预测中性 B 介子每衰变 100 亿次，这种转变就会发生一次。换句话说，即使科学家观察到 100 亿个这样的粒子衰变，他们也期望平均只发现一个μ子和反μ子。这一发现是实验首次获得这种现象的证据，研究人员已在 arXiv 上的预印本中提供了详细信息。 “40多年来，物理学家一直在追踪这种衰变，”国际分析小组的联合领导者马可·桑蒂马里亚(Marco Santimaria)在欧洲核子研究中心的一份新闻稿中表示。 “需要极高的精度才能从巨大的背景中挑选出μ介子。”这一过程极其罕见，这解释了为什么需要数十年的研究才能得出这一发现。但 2024 年大型强子对撞机的升级也使得观察到这一现象成为可能。正如欧洲核子研究中心在其声明中所描述的那样，这次改造使得数据收集速度更快，新的机器学习技术使研究人员能够“抑制巨大的背景过程，否则这些背景会淹没这些罕见的美丽粒子衰变的信号”。这种衰变为研究科学家所能观察到的极限开辟了新途径。目前，结果与当前的物理预测一致，但未来的测量可能会揭示 zeptoverse 特有的现象，它描述了 zeptometer（相当于万亿分之一米）测量距离的尺度。从这个单位的角度来看，一个典型原子的直径约为 1000 亿泽米。这也与您和您的皮肤细胞之一之间的大小差异有关。除了 zeptoverse 之外还有更小的尺度，例如普朗克长度，它比 zeptometer 小约 60 万亿倍，是物理学中理论上可能的最小单位。科学家们仍然不知道在这个水平上是否真的存在任何东西，但人们普遍认为，我们所知道的物理学在这个水平上完全崩溃了。然而，如果科学家能够进入这个微观世界，它可以帮助我们理解大爆炸后的第一个无穷小瞬间，当时整个宇宙有这么大。但就目前而言，那里可能发生的大部分事情仍停留在猜测领域。这个故事最初出现在《连线》西班牙语版上，并由西班牙语翻译而来。