據美國《大衆機械》月刊網站4月7日報道，W玻色子——已知宇宙中最微小、最基本的一種粒子——正在粒子物理學領域掀起一場巨大的波瀾。

有關這種對宇宙形成必不可少的粒子的新研究結果表明，其質量或許要比粒子物理學标準模型——即幫助我們理解物質基本構件的理論性“規則手冊”——所預言的遠遠重得多。如果真是這樣，這可能預示我們對宇宙的理解将發生重大變化。

根據标準模型，W玻色子（與另一種被稱為Z玻色子的粒子一道）是造成弱核力的原因，弱核力是使宇宙中所有可觀測到的物質組合到一起的四種作用力之一。其他三種作用力包括引力（标準模型中目前沒有關于引力的任何解釋）、電磁力和強核力。

W玻色子是已知宇宙中最微小、最基本的一種粒子（資料圖片）

引力和電磁力是大刻度起作用的。想象一下：太陽對遙遠行星的吸引，或者來自遙遠恒星的光穿越宇宙的旅行。不過，弱核力和強核力則與我們宇宙中最微小的物體相互作用，而且隻是發生在原子核中。（巧合的是，正是這兩種作用力導緻了放射性的産生。）

弱核力尤為重要。它負責了包括太陽以氫為原料形成氦在内的各類過程，而且對于我們宇宙的形成也至關重要。杜克大學物理學家、本項研究的領導者之一阿舒托什·科特瓦爾告訴本刊記者：“如果不是因為有了這種作用力，除氫以外的任何重元素都不會形成。它對于我們的存在至關重要。”

科學家最早是在上世紀60年代預言W玻色子的存在的，但直到1983年，歐洲核子研究中心（CERN）的一個研究團隊才證明了它的存在。（上述兩個團隊都因為他們關于這種粒子的研究獲得了諾貝爾獎。）從此以後，各路研究團隊一直尋求精準确定W玻色子的質量。這是一個至關重要的數值，它将作為确定标準模型構架其餘部分的關鍵參數。

一個由400多名研究人員組成的國際團隊——他們被統稱為“費米實驗室對撞機探測器協作組”——通力合作，對從費米實驗室位于伊利諾伊州巴達維亞的現已廢棄的萬億電子伏特加速器上收集到的近10年數據進行分析。而且他們發現了某種奇怪的東西：他們在《科學》周刊今天發表的新論文中報告，W玻色子質量比以前的估計值大約重了0.1%。

通過讓質子束和反質子束在真空中對撞，研究人員得以測量W玻色子的質量。這些撞擊産生大量各種各樣的粒子，但極少産生W玻色子。科特瓦爾解釋說：“在某種意義上，我們無法直接對W玻色子進行測量，因為它的衰變極其迅速——大約是一萬萬億分之一秒的樣子。”

因此，研究小組必須分析W玻色子的殘留物，即它在身後所遺留下的粒子。但是隻有殘留粒子的某些組合才能為科學家提供他們所需的數據。科特瓦爾和他的同事們尤其希望找出産生兩種特定的粒子對的碰撞：一個渺子加一個中微子，或一個電子加一個中微子。（你也許知道，渺子是電子的亞原子表親。被人們親切地稱為“幽靈粒子”的中微子是電中性的，而且質量小得無法想象。而電子麼，當然是帶電的。）通過測量這些粒子對的位置和能量，研究團隊得以确定衰變了的W玻色子的質量。

不過，這是一項極其艱難的任務。研究團隊在2002年至2011年對大約450萬億次撞擊進行了觀測，其中隻有大約400萬次撞擊産生了足夠高質量的W玻色子相關數據。

利用這些數據，他們估算出W玻色子質量的新數值為80433.5±9.4 MeV/c2。這與以前的測量值以及标準模型所建議的W玻色子質量值大相徑庭（當然，這是就量子力學領域而言的）。該研究團隊報告說，這是迄今為止記錄在案的最為精确的測量值，其精度大約是以往測算值的兩倍。得克薩斯農業與機械大學的物理學家戴維·托貝克是這支400人團隊的聯合發言人，他把這一精度比喻為測量一隻800磅（約合362千克）大猩猩的體重時把誤差限制在1盎司（約合28克）以内。

現在，該由科學界來弄清這些研究結果的确切含義了。例如，這可能意味着存在有待人類去發現的先前未曾發現的粒子，抑或是對科學而言全新的物理互動。托貝克告訴《大衆機械》月刊：“大自然有多麼不情願透露她的秘密是顯而易見的。這是一項出色的追蹤，但它絕對令人抓狂。”

當然，下一步将是進行更多實驗，并利用獨立來源去證實這一測量值。

來源：參考消息網

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