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对撞机的实际用处 电子对撞机有什么用

2021年3月，CERN宣布其大型强子对撞机(LHC)发现了四种全新的粒子，它们是四种不同的四夸克态 。
到目前为止，LHC总共发现了59种新的强子，包括新发现的四夸克态和许多其他粒子 。那么，科学家如何确定自己发现了“新粒子”呢？
宣布新发现并不容易 。
20世纪70年代，科学家们创建了粒子物理学的标准模型，该模型清楚地给出了组成世界的基本粒子的信息，包括它们的种类、质量、电荷、自旋以及它们之间的相互作用 。模型就像一个酒店套房的“手册”，上面清楚地说明了名称、类型、数量、位置等 。每个项目，让客人可以住在里面非常舒适 。
半个世纪以来，科学家在实验中发现的粒子，都能在标准模型中找到相应的身份，其性质与手册中的预言基本一致 。
“科学家通过实验来验证和扩展理论框架 。一个核心任务就是发现标准模型预测到的但尚未发现的、超出理论解释范围的新现象和新粒子 。”中国科学技术大学近代物理系特聘教授吴玉生告诉采访人员，这样的新发现对人类逐步揭开物质世界的根本规律的科学研究具有重要意义 。
这可以从上个世纪以来的许多基础科学突破中得到证明:从1905年光电效应证实光子的存在，到2012年发现希格斯粒子，发现了标准模型理论预言的所有基本粒子 。标准模型预言的基本粒子的研究，也让人类在探索宇宙起源和物质本质的道路上越走越远:预言反物质的存在，发现中微子质量不为零，观测黑洞，甚至探测引力波 。“每一个新的发现，都像是把一块石头扔进了一个安静的深潭，激起阵阵涟漪，推动了一系列新科学新技术的诞生 。”吴玉生说 。
“在粒子物理实验中，新现象的发现是否具有结论性，一般以统计学的显著性为特征 。显著性表示为高斯分布标准差的倍数，即σ的数倍 。”吴玉生告诉采访人员，倍数越大，可信度越高 。“如果显著性是5σ，这个新发现就被视为无可辩驳，造假的可能性甚至不到百万分之一，而3σ显著性的实验结果也更可信，相应的留假概率只有千分之一 。”吴玉生说 。
吴玉生告诉采访人员，5σ和3σ分别对应“发现新现象”和“发现新现象迹象”的科学结论，是科学家宣布新发现的重要依据 。对于根本性的重大发现，科学界是极其严谨的，要求实验发现的统计显著性不仅要达到5σ，而且要经得起时间的考验 。"此外，还需要其他独立的实验来反复验证结果."吴玉生说 。
【对撞机的实际用处 电子对撞机有什么用】对标准模型的检查从未停止 。
"自从标准模型诞生以来，人们从未停止过对标准模型的测试."吴玉生说，要探索微观世界的奥秘，我们必须有可靠的实验手段来观察各种物理现象 。这些实验手段需要能够产生微观粒子并发生反应，并记录和分析反应结果，以便与理论预测进行比较 。“不同方案和条件下的大量精密实验，可以全方位检验标准模型，有可能发现模型内外那些罕见的新现象 。”他说 。
粒子物理学轻子家族中最著名的粒子是电子，它是物质的关键成分 。但是电子并不是轻子家族的唯一成员 。它有两个更重的兄弟姐妹，μ介子和τ轻子 。合在一起称为三轻子味或“味” 。按照粒子物理的标准模型，这些兄弟姐妹之间唯一的区别应该是质量:μ介子比电子重200倍左右，而τ轻子比μ介子重17倍左右 。
根据标准模型，每种味道都可能与W玻色子有相同的交互作用 。“轻子的味道也叫‘代’ 。电子、μ子和τ轻子在标准模型中属于三个不同的世代 。每一代人之间都可能有代沟 。而在标准模型中，虽然不同世代对应的轻子有胖有瘦，也就是质量不同，但它们都要以相同的面貌参与微观世界的各种聚会，也就是基本粒子的反应过程 。这是轻子味普遍性的预言 。”吴玉生说 。
“这是一个奇妙的预言，许多物理学家希望发现违背这种普遍性的新现象，从而探索超越标准模型理论的可能性 。”吴玉生说，最近媒体报道的LHCb的一项实验工作，重点是检验标准模型的一个基本预测，即违背轻子普适性的可能迹象 。“这个实验的结果引起了很多人的关注，但其意义还远远不足以宣称新的发现，它将受到时间的检验，并在后来得到其他实验的验证 。”
“轻子味的普遍性已经在不同的过程和能量范围内得到了高精度的探索 。尽管轻子味的普遍原理已经通过了最新的测试和检验，但在发现的许多异常现象被清晰地探测到之前，大型强子对撞机的实验仍在继续 。”吴玉生说 。


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