2046年初,冬末春初,一个物理学界在震撼、困惑与狂热思索中度过的季节。全球,尤其是北京、日内瓦、普林斯顿、剑桥等理论物理重镇。
一月和二月,北半球的严冬尚未完全退去,但物理学界却因PFCLHC2联合观测到的那5。1σ的“W玻色子衰变不对称性”,而持续燃烧着一场超越季节的、高强度的智力风暴。最初的纯粹震惊与“发现”的喧嚣,在数据的铁幕面前,迅速沉淀为一场艰苦卓绝、抽丝剥茧的“诊断”与“溯源”之战。既然这个异常顽固地超过了5σ的发现阈值,且经受了初步的、严酷的系统误差审查,那么物理学家们不得不接受一个令人心悸又兴奋的现实:这不是实验误差,这是自然在说话。而它说的,似乎是标准模型词汇表之外的语言。
以徐川为首的国际联合分析团队,在确认“发现”之后,立即将工作重心转向了两个方向:第一,以“放大镜中的放大镜”的精度,全面、系统地审查这个不对称性可能残留的任何系统性解释(包括极其微妙的探测器响应差异、强子化模型的不确定性、甚至是对标准模型高阶修正可能的低估);第二,更深入地挖掘这个不对称性背后的物理内涵——它如何影响其他可观测量的测量?它与其他己知(或未知)的物理是否存在关联?它指向哪种类型的新物理?
这是一场静默而激烈的战役,在遍布全球的数据中心、超级计算机集群和理论家的草稿纸上展开。分析工具被反复打磨,蒙特卡洛模拟的样本量被扩充到前所未有的规模,各种交叉检验方法被开发出来。每一次试图用“常规”原因解释这个异常的尝试,都在更精细的数据比对和更严格的一致性检验下败下阵来。不对称性如同幽灵石,在数据的迷宫中时隐时现,却始终无法被“驱逐”。
与此同时,对物理内涵的挖掘取得了更为惊人的进展。第一个突破口,来自对W玻色子质量(m_W)的重新审视。
W玻色子的质量是标准模型最精确预言的基本参数之一,它与Z玻色子质量、费米子质量、电磁与弱耦合常数等通过一系列辐射修正紧密相连,构成检验标准模型自洽性的“黄金链”。以往,通过不同的衰变道(如轻子道、强子道)和不同的测量方法(如首接阈值扫描、间接从其他观测量推算)提取m_W,其结果在误差范围内高度一致,是标准模型成功的重要标志。
然而,当联合分析团队将新发现的“不对称性”纳入考虑,重新分析不同衰变道(特别是涉及tbt?b?衰变道与其他道)的m_W提取时,一个令人不安的矛盾浮出水面:如果强行用标准模型(包含己知的、微小的CKM相角CP破坏)的框架去拟合所有数据,那么从包含tbt?b?道的数据中提取出的m_W值,与从其他“洁净”衰变道(如纯轻子道)提取出的m_W值,存在超过3σ的系统性偏移!这个偏移虽然独立来看不显著,但与高达5。1σ的不对称性信号结合,强烈暗示标准模型的框架在描述W玻色子与重味夸克耦合时,出现了不自洽。
第二个,也是更具爆炸性的发现,是这个“不对称性”与一个早己被精确测量的效应之间的联系。
当团队引入一个额外的、自由的CP破坏相位(或更一般的CP破坏参数)来拟合所有数据(包括不对称性数据和m_W的差异)时,奇迹发生了:所有数据点,包括之前相互矛盾的m_W测量值,突然完美地落在同一条理论曲线上!这个引入的新参数,不仅“治愈”了m_W测量的分歧,其最佳拟合值所对应的物理效应大小,恰好能精确产生观测到的5。1σ不对称性。更令人震撼的是,当团队将这个“新CP破坏源”的强度参数,与十年前就被精确测量的、标志“徐川效应”的Z玻色子质量偏移量δm_Z(+86。1MeV)放在一起考察时,发现两者之间存在一个清晰的、线性的相关性!这个新的CP破坏效应,似乎以一种可量化的方式,“放大”或“调制”了导致δm_Z的电弱对称性破缺效应,特别影响了与W玻色子耦合相关的手征不对称性。
这意味着,那个导致“徐川玻色子”与希格斯场、Z玻色子混合,从而微小修正了Z质量的机制,很可能也是一个新的CP破坏源!它以前未被察觉,是因为在大多数过程中它的效应极其微弱,或者与标准模型CP破坏混在一起难以分离。但在W玻色子衰变到重味夸克(特别是顶夸克)这个特定的、对CP破坏和手征性极其敏感的过程中,在PFC-150T和LHC2空前的能量与精度下,它终于显露出了狰狞的、高达5。1σ的獠牙!