物理学家们对W玻色子的质量进行了精确测量，结果喜忧参半

基本粒子比预期的要大得多，这与标准模型不符。

上图：费米实验室对撞机探测器的技术人员。

近期，数百位科学家开展合作，精确地测量了W玻色子的质量。W玻色子是产生弱核力的基本粒子。研究人员惊奇地发现，玻色子的质量比标准粒子物理模型（Standard Model of particle physics）预测的要大。标准粒子物理模型是描述宇宙中几种基本力的理论。

这个新的测量数值，是由来自世界各地54个不同机构的400名研究人员经过10年的实验和计算得出的，这是一项惊人的努力。所有的数据都是在美国伊利诺伊州芝加哥附近的费米实验室Tevatron加速器四层楼高、4500吨的对撞机探测器（CDF-II）上进行的实验中收集的。

CDF合作项目发现W玻色子的质量为：80433 +/- 9mev /c^2，这个数字大约是之前测量的质量的两倍。从尺度上看，新的测量结果显示W玻色子的质量约为质子质量的80倍。该团队的研究结果发表在今天的《科学》杂志上。

德州农工大学的物理学家、CDF合作的发言人戴维·托巴克说：“事实是，这里发生的事情是科学中大多数事情发生的频率。我们看了一下这个数字，然后我们说，‘哈，这很有趣，’你可以看到这个结果正冲刷着人们。当时很安静。我们不知道该怎么理解它。”

杜克大学物理学家、CDF合作成员阿舒托什·科特瓦尔表示：“这个结果让我们非常惊喜。我们如此专注于分析的精确性和稳健性，其价值本身就像是一个奇妙的冲击。”

W玻色子与弱核力有关，弱核力是一种基本的相互作用，它导致了一种放射性衰变和发生在恒星中的核聚变。别担心 —— 玻色子的质量与预期的大不相同，并不意味着我们完全误解了核聚变之类的东西。但它确实意味着，对于构成我们宇宙的粒子以及它们之间的相互作用，我们还有很多不了解的地方。

上图：图表说明了最近的结果（底部）和早期的 W 玻色子质量估计。 红条表示不确定性。

物理学家戴维·托巴克表示：“标准模型是我们在粒子物理学方面得到的最好的模型。这是非常好的。问题是，我们知道我们错了。所以，从科学家的角度来看，实验者试图说，‘天啊，我们能找到标准模型不能正确预测的东西，这可能会给我们提供线索，让我们知道什么是更真实的吗？’”

标准模型预测了W玻色子质量的值，该团队试图通过评估费米实验室质子和反质子碰撞产生的400万个W玻色子候选物来挑战这个值。 他们的结果比标准模型的预测高出 7 个标准差。杜克大学的物理学家阿舒托什·科特瓦尔，在过去28年中发表了五份关于粒子质量的越来越精确的测量结果，他说，“7个标准偏差的增加是统计上的偶然的概率小于十亿分之一。”

物理学家戴维·托巴克把这种测量比作将800磅大猩猩测量到与真实重量相差不到一盎司。正如许多科学实验的情况一样（尤其是在质量非常微小的粒子物理实验中）研究人员对他们的结果进行了盲测，以确保计算不受研究团队的任何期望或希望的影响。

但是现在，有了一种非常精确的测量方法，这种方法与以前的较低的估计是如此不同，物理学家们就有了一项很郁闷的任务，那就是找出标准模型不能解释的东西。这当然不是亚原子物理学第一次被证明与人类的最佳猜测不同。去年4月，介子g-2合作组织发现了进一步的证据，证明介子（另一种亚原子粒子）的性质可能与标准模型的预测不一致。众所周知，我们宇宙中两个最重要的事实 —— 引力和暗物质 —— 并没有被这个模型解释。

上图：费米实验室的对撞机探测器高4层，重 4500 吨。

加州大学圣巴巴拉分校的物理学家克劳迪奥·坎帕纳里表示：“为了弄清楚更基本的理论可能是什么，重要的是找到标准模型无法解释的现象。换句话说，这是一种标准模型近似失效的现象。”

实际上，有一些实验可以做到这一点。他们将通过不同的碰撞实验来探讨今天的发现的含义。 欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的两个探测器（这两个探测器负责10年前发现希格斯玻色子）的 ATLAS 和紧凑型介子螺线管 (CMS) 的结果仍在继续。 高亮度大型强子对撞机（一项将可能的碰撞次数增加 10 倍的升级）也将增加在2027年完成时看到引人注目的新粒子的机会。

CDF的对撞是在质子和反质子之间进行的，而大型强子对撞机则产生质子-质子对撞。如果人类能够建造一个电子正电子对撞机，它将能够对大型强子对撞机无法产生的罕见过程进行精确测量和搜索。

下一步，物理学家们将采取双管齐下的方法来测试这个模型：以越来越高的精度测量已知的粒子（比如W玻色子），以及发现全新的粒子。新粒子通常是通过“碰撞”搜索发现的：筛选亚原子坑的噪音，看看意外产生了什么。

Tevatron加速器在2011年关闭，就在合作完成实验运行后不久。因此，今天的结果对这个传奇的仪器来说是一种死后重生，对团队和粒子物理学整体来说是一个巨大的W。

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