科学家在南极洲发现新粒子,或许会改变物理学进程

原标题:科学家在南极洲发现新粒子,或许会改变物理学进程

南极洲的一个气象气球发现了一个来自外层空间的高能粒子撞击冰层。这个粒子不是从上面撞击过来的,不知何故,它是一路穿过了这个星球,从下方撞击的。八年后,又发生了一次。

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一次是偶然的,但有两次这样的事件意味着这是一件值得认真对待的事情。一些科学家认为这个信号可能是由目前所理解的某种无法解释的东西发出的。 粒子物理学的规则,这将是一件大事-一个新的基本粒子,当然,也是宇宙暗物质的潜在解释。

“它打破了粒子穿越地球所需能量的标准模型,”宾夕法尼亚州立大学物理学家德里克·福克斯说。

一些天体向地球发射高能宇宙射线。它们与大气的碰撞会产生大量的次级粒子或无线电信号。实验是为观察这些信号而设置的,就像在气象气球上进行的南极脉冲瞬变天线(Anita)实验一样。不过,通常这些粒子从上面撞击地球后,会在撞击南极冰层时产生无线电信号。

然而,2006年和2014年的信号看上去是错误的-它们没有从上面来的粒子的特征,而是来自那些穿越地球的粒子。在排除了潜在的无线电干扰和其他来源之后,科学家们确定他们发现了一种他们称之为“不寻常”的粒子-它的能量可能比大型强子对撞机中能量最高的粒子高出数万倍。

福克斯和他的合作者分析了这些事件的性质,并给出了计算结果,表明粒子物理规则手册“标准模型”(StandardModel)无法解释一个拥有这么多能量的粒子是如何穿过地球的。

研究小组还在掩埋在南极冰层中的冰立方实验中发现了这些奇怪粒子的确凿证据。也许这些冰立方事件是高能量的μ子,这是电子的一个更重的表亲,但是福克斯的团队的分析发现这是不可能的。

福克斯提出,这种粒子将被称为Stau粒子。一些科学家预测,标准模型中的每一个粒子,从夸克到希格斯玻色子,都有一个相应的更重的“超对称”粒子伙伴。一些高能中微子可能与地球的另一面表面下的元素相互作用,产生了穿过行星的主星,然后衰变成了这个粒子,并且可能产生了Anita所观察到的无线电信号。

理论物理学家们此前曾预测过有可能出现类似于Anita所发现的性质的粒子Stau。一个质量约为一个质子的500倍的Stau和Anita观察到的粒子能量应该在地球上大部分的路上旅行,然后才会衰变。

福克斯说:“作为一个观察者,我的观点是,如果我发现了一些奇怪的现象,并发现这个现象在被发现之前就被一些理论家预测了出来,那对我来说是一件大事。”

但考虑到最近的忧虑关于瑞士日内瓦的大型强子对撞机 自从希格斯玻色子之后还没有发现任何新的粒子,也没有发现暗物质据推测占宇宙质量的六分之五,物理学家们对这个发现很兴奋。

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