粒子标准模型问题研究论文

随着理论和实验的不断发展，物理学家逐步建立了粒子物理的“ 标准模型 ”。

在这个模型下，整个宇宙的基本粒子分为4类，分别是 夸克 、 轻子 、 矢量玻色子 和 标量希格斯粒子 。

其中，矢量玻色子是相互作用的 媒介子 ，通过规范作用传递着基本粒子之间的强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。

所有的基本粒子通过和希格斯子发生 相互作用 而获得质量。随着2012年希格斯粒子 在实验中发现 ，粒子物理标准模型完成最后一块“拼图”，证明了标准模型的巨大成功。

但是目前宇宙中仍然有许多标准模型解释不了的问题，表明 粒子物理标准模型并不是“终极”理论 ，而是电弱能标下的“有效”理论，仍然有超出标准模型的新物理亟待去发掘，这也是当前粒子物理学界的主要研究内容。

暗物质研究

暗物质超出了粒子物理标准模型，是当今物理学和天文学亟待解决的重大问题，在 实验中探测到暗物质并研究其物理属性 ，将是物理学的重大突破。

暗物质实验探测有3个主要方向—— 直接探测 、 间接探测 和 对撞机探测 。

国际新一代暗物质直接探测实验 PandaX-4T 4t级液氙实验 率先投入运行，取得大质量暗物质世界最强的限制。

间接探测包括暗物质粒子探测（ DAMPE ）和 AMS-02空间实验 积累了更多数据，给出更加精确的测量。

欧洲核子研究中心大型强子对撞机 LHC 上的暗物质寻找不断深入更加复杂的参数空间，并为即将开始的Run-3阶段取数做准备。

中国锦屏地下实验室（CJPL） 是世界上最深的实验室，有效屏蔽了来自宇宙线的干扰，提供了极其优越的实验环境，中国开展了 PandaX液氙实验 和 CDEX高纯锗实验 直接探测暗物质。

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近20年来，位于意大利的 DAMA/LIBRA实验 一直宣称观测到暗物质在NaI(Tl)晶体中产生的 年调制信号 ，然而相应的暗物质信号参数被各种类型的直接探测实验所排除。

为了更加确切地检验这个疑似信号，国际上试图用同样的低本底NaI(Tl)晶体开展实验。

2021年5月，西班牙 Canfrac地下实验室 采用 kg的低本底NaI(Tl)晶体探测器的ANAIS实验公布了3年曝光量的探测结果，并 没有发现显著年调制现象 。预计到2022年底，该实验将有超过3倍标准偏差灵敏的曝光量，可以给出更加确切的结论。

另一个采用106 kg低本底NaI(Tl)晶体的 COSINE-100实验 ，在韩国Yangyang地下实验室 a曝光量的数据，也 没有发现显著的年调制现象 。

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2020年，位于意大利Gran Sasso地下实验室的 XENON1T液氙实验 在 t·a曝光量的低能量电子反冲数据中，观测到了 大于3倍标准偏差的疑似信号 ，引起了暗物质理论和实验研究领域的广泛关注，亟需 同类型实验的进一步检验 。

中国 PandaX-II二期580 kg级液氙实验 积累了100 t·d的曝光量数据，直接从刻度数据中获取了 氙中主要的放射性杂质本底的特征谱 ，进而根据这些高可靠性的本底特征谱对电子反冲数据进行分析。

PandaX-II的结果显示，XENON1T观测的疑似信号 和当前数据并不矛盾 ，还需要提高数据统计量和探测灵敏度以给出确定性结论。

PandaX-II实验对轴子暗物质耦合常数（a）和中微子反常磁矩（b）的排除限，和XENON1T的疑似信号并不矛盾

国际上开展了多种类型暗物质探测的实验升级和研发，3个以液氙作为靶物质的实验，位于中国的PandaX-4T、欧洲的XENONnT和美国的LZ实验，将探测体量提升到了多吨级，预期能够 将探测灵敏度比之前提升1个数量级以上 。

其中， PandaX-4T液氙实验 在2020年底完成安装和调试，成为国际上首个投入运行的 多吨级液氙探测实验 ，在2021年上半年试运行的曝光量达到 t·a。

PandaX-4T探测器中应用了一系列新技术：研制了 新一代超大尺寸高透光的时间投影室探测器 ，大幅提高了探测器电场的均匀性和电子信号放大率，实现高分辨率的信号重建；采用了 无触发数据读出方式 ，有效降低了微弱信号的探测阈值；研制了 新型低温精馏氙系统 ，成功提纯6 t原料氙，将放射性杂质氪85的含量降低到PandaX-II时的1/20；有效利用液氙自屏蔽并结合多种放射性测量方法和表面清洗工艺，将单位探测靶中放射性本底降低到1/20，放射性杂质氡222的含量降低到1/6。

PandaX-4T首批数据的探测灵敏度较PandaX-II 提升了倍 ，给出了大质量暗物质和原子核自旋无关散射截面世界最强的限制。

PandaX-4T首批数据

对暗物质自旋无关散射截面的排除限

黄色区域为“中微子地板”，即探测灵敏度可以探测到太阳或大气中微子在探测器中的信号贡献

这批数据也显示，在暗物质质量10 GeV/ c 2附近区域，PandaX-4T实验开始触碰到所谓的“ 中微子地板 ”，即有可能探测到太阳中核聚变产生的硼8中微子同氙原子核的 相干散射信号 ，这种散射将是未来探测中微子的一个重要途径。

与此同时，国际上开始计划 几十吨级“终极”液氙探测实验 ，其中一个目标是将暗物质探测灵敏度推进到“中微子地板”。PandaX实验团队已经开展了相应的关键技术研发。

以液氩为靶物质 的探测器对大质量暗物质也有独特的探测灵敏度，几十吨级的低本底氩探测器的研发也在持续推进中。

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中国CDEX实验利用 点电极高纯锗探测器 ，可实现 低能量阈值的探测 ，对轻质量暗物质具有高灵敏度。

2021年CDEX实验公布了利用 kg·d曝光量的数据寻找有效场暗物质信号的结果。

直接探测实验中，暗物质和靶物质相互作用转移动量小，可以 用有效场算符的形式系统地研究 ，从而实现较为全面的覆盖多种可能的暗物质理论模型。

在分析中，CDEX实验将探测阈值降低到160 eV，针对小质量暗物质，系统性地给出了 非相对论下 多种类型有效场模型的耦合常数上限。

同时，利用 手征有效场理论 ，获得了6 GeV/ c 2质量以下世界最强的WIMP与pion介子散射截面的排除限。

目前CDEX实验正在开展50 kg级高纯锗探测阵列实验的研发，预期将探测灵敏度 提高2个数量级以上 。

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针对 小质量暗物质 ，直接探测实验也尝试不同探测方案来突破探测阈值的限制。

液氙探测实验 通过独立电离电子信号（S2-only）、Migdal或韧致辐射等次级效应来寻找小质量暗物质。

如 PandaX实验 在2021年初发表的S2-only数据分析结果，寻找暗物质和电子散射信号，在15~30 MeV/ c 2暗物质质量区间给出世界最强的 散射截面限制 。

SENSEI实验 采用了约2 g的高阻抗Skipper-CCD，在2020年底发表了24 d运行数据的结果，给出 MeV/ c 2质量的暗物质和电子散射信号世界最强的限制，以及 eV/ c 2质量的暗光子世界最强的限制。

SENSEI实验正在组装测试100 g探测模块，将 大幅度提升该质量范围的暗物质探测灵敏度 。

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在 暗物质间接探测 方面，中国暗物质探测卫星 DAMPE实验 和位于国际空间站的 AMS-02实验 继续积累数据。

2021年发表了AMS-02实验运行7 a以来的物理数据，给出 更加精确 的反电子、反质子等测量结果。

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在 对撞机探测 方面， 大型强子对撞机LHC 上的 ATLAS 和 CMS 实验不断深入分析Run-2运行时期的全部数据，寻找 暗物质产生过程 以及 中间传播子信号 。

对撞机探测不受原子核自旋大小的压制，通过寻找夸克或者胶子湮灭产生暗物质的过程，以及通过双喷注共振峰直接寻找轴矢量中间传播子，在一定的耦合常数下，可以 有效补充直接探测实验的结果 。

对撞机实验同时在寻找一些 复杂过程的暗物质模型 ，其中， 暗希格斯子模型 认为暗物质的质量起源有可能也存在类似希格斯子的破缺机制——暗希格斯子，暗希格斯子可以有和希格斯子类似的衰变过程。

ATLAS实验在2021年发表了 首个暗希格斯子衰变到2个矢量玻色子最终态的寻找结果 ，对中间传播子和暗希格斯子质量给出了限制。

LHC第三期取数Run-3即将开始，将累计更多的数据量进一步扫描多种暗物质产生模型。

中微子和粒子天体物理研究

粒子天体物理和粒子物理研究紧密联系， 宇宙线 具有地球上人造加速器无法达到的高能量，为我们认识极端高能物理过程、寻找新物理提供了宝贵的物质样本。

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2021年粒子天体物理领域最显著的成果来自中国国家重大 科技 基础设施—— 高海拔宇宙线观测站LHAASO 。

LHAASO于2021年完成建设并顺利通过工艺验收，正式进入科学运行阶段，以前所未有的灵敏度开展 伽马射线、宇宙线巡天观测 。

在建设期间，基于1/2阵列数据，LHAASO合作组发布了首批观测结果：发现 银河系中大量超高能宇宙加速器 ，为寻找河内宇宙线起源做出了重要推进；记录到 能量达 PeV的伽马射线光子 ，这是人类迄今为止观测到的最高能量光子，开创了超高能伽马射线这一崭新的天文窗口。

蟹状星云 是首批发现的12个超高能伽马射线源之一，一直作为伽马射线天文学的“标准烛光”，LHAASO的最新结果为此“标准烛光” 在超高能波段设定了亮度标准 。

LHAASO观测到来自蟹状星云方向的 PeV伽马射线光子

这些超高能伽马射线辐射产生PeV以上能段的电子，接近经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限， 对现有的粒子加速理论提出了严峻挑战 。

未来几年，LHAASO将持续对北天区开展巡天观测，扫描伽马射线源并精确测量“膝”区宇宙线能谱， 冲击宇宙线起源的世纪之谜 。

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另一种来自宇宙深处的重要物质样本是 高能中微子 。

2021年，位于南极冰层中的冰立方中微子天文台公布了首个 格拉肖共振事件 ——格拉肖预言，反电子中微子可与电子相互作用生成W-玻色子。产生格拉肖共振的中微子峰值能量为 PeV，可 从极端天体环境中得到 。

冰立方在此次簇射事例中测得 PeV的能量，考虑到簇射中的不可见能量，中微子能量被修正为约 PeV；事例中测到次级缪子的信号预示着 W-玻色子的强子衰变过程 ，为格拉肖共振提供了进一步证据。

冰立方的格拉肖共振事件再次验证了粒子物理标准模型， 揭示了天体反电子中微子的存在 。

对格拉肖共振事件的观测有望对天体中微子的产生机制做出限制。

未来几年是中微子天文学发展的关键时刻，国内外多个实验组提出了冰层、海洋、湖泊中的多种 下一代中微子望远镜方案 ，结合伽马射线、宇宙线、引力波的观测数据开展多信使天文学研究。

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在 超出标准三味中微子模型的新物理寻找 方面，位于美国费米国家加速实验室的MicroBooNE实验发布了新的测量结果，没有找到惰性中微子存在的迹象。

此前，LSND、MiniBooNE等 短基线实验 相继发现中微子的数量异常，引入第四种中微子—— 惰性中微子 。

MicroBooNE实验没有找到惰性中微子，表明其中的差异还需要进一步研究，中微子数量异常仍然是未解之谜。

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2021年，国际 无中微子双贝塔衰变实验 方向发展势头迅猛。

大型实验 中，CUORE和Kam⁃LAND-ZEN实验分别继续取数，GERDA的继任实验LEGEND-200即将开始运行。

国内无中微子双贝塔衰变实验在最近几年蓬勃发展，多个实验组提出了多种不同的实验方案，再次彰显了 马约拉纳中微子 这一问题的重要性和显著度。

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2021年， 中国江门中微子实验 的建设进展顺利，预期2023年开始取数，剑指中微子质量顺序、中微子混合参数的精确测量，有望率先获得具有国际竞争力的实验成果。

明天将介绍缪子反常磁矩研究、重味与强子物理研究、高能量前沿希格斯物理、电弱物理与新物理寻找这3个领域的进展，敬请关注！

论文全文发表于《 科技 导报》2022年第1期，原标题为《2021年粒子物理学热点回眸》，本文有删减，欢迎订阅查看。

我觉得有两方面的原因

其实杨米尔斯理论是早于杨振宁和李政道的宇称不守恒提出来的。但是当时整个理论本质上是一个数学框架，而且当时杨振宁曾经有一次在台上给别人作报告，下面大多都是大神，比如：原子弹之父奥本海默，上帝之鞭泡利，费米等等。而当他讲完整个理论的时候，曾经好几次喷过爱因斯坦的泡利站了出来，指出了一个让杨振宁哑口无言的问题，那就是“粒子的质量”问题，当时杨振宁下不来台，是在奥本海默的帮助下，才没有被为难。

而这也是早期杨米尔斯理论没有被受到重视的原因。后来希格斯提出了希格斯机制，这个问题才被解决掉。而现代的粒子标准模型的出现，更加确立了杨米尔斯理论的价值。

杨振宁已经因为宇称不守恒拿到了奖，所以很难再拿奖。

其次，目前来说，诺贝尔奖给别人颁奖，一般是一个人在同一学科最多拿一次，居里夫人是1个化学奖，1/4的物理奖，其实是不违反规则的。而巴丁拿了两次1/3的物理奖，连1个都不到。

历史 上，只有桑格一个人拿到了1+1/3=4/3个，分别是1958年（1个），1980（1/3个）除此之外，没有了。要知道这100多年的 历史 上，也就这一个人多拿到了1/3。即使像爱因斯坦这样的科学家也不列外。所以，杨振宁要凭借这个拿奖太难了。给杨米尔斯理论补漏和发展的两个团队拿到了诺奖。

其实这里有很多方面的原因

其实，杨米尔斯理论有时候被过分夸大了许多许多。很多人都说杨振宁是爱因斯坦之后最伟大的科学之一。但是其实某种程度上来说，他还只是“ 爱因斯坦之后 ”的伟大科学家，这不代表他真的做了和爱因斯坦一样的事情。爱因斯坦是提出了一套理论体系，几乎以一人之力构建了相对论。

而杨振宁呢？他和米尔斯的理论其实只是一个骨架，更确切地说只是一个数学框架（模型）。在这个骨架里其实很有很多需要查缺补漏的地方，他并不能算是一个完整的理论。而且，其实当年杨振宁在给物理学家讲解他的杨米尔斯理论时，有个叫泡利的科学家尖锐地指出了一个问题“质量”，当时杨振宁在台上都说不出话来。是的，整个理论的问题就在于“粒子的质量”问题，杨米尔斯理论并没有解决这个问题，其实同一时期的泡利也做了同样的事情，只是他被“粒子质量”问题所困扰，所以并没有发表该论文。

后来，随着粒子物理学发展，希格斯等人提出了相应的理论，并填补了之前杨米尔斯理论的所不能解决的问题，也就是“粒子的质量问题”，杨米尔斯理论的价值才被显现出来，在这个框架下，现代粒子标准模型被提出，并且统一强相互作用，弱相互作用和电磁作用。

所以，说是杨振宁和米尔斯最先提出了基础框架，在某种程度上是有问题的，首先是框架本身有问题，其实当时代也有人做了一样的研究，只是觉得有问题而没有发表。

其次，我们都知道杨振宁拿过诺奖，是对称性破缺（宇称不守恒），这个论文一发表，他们知道吴健雄来做实验验证，并且当年就完成了验证，第二年他们就获了奖。

也就是说，杨振宁其实拿到了1/2的诺奖。而诺奖其实有规定一个人在一个领域最好不要超过1个奖，所以，如果要颁给杨振宁杨米尔斯理论的诺奖，那就是再给他1/2，其实也是符合要求的。可问题是，米尔斯已经去世了。所以，再颁奖，杨振宁是要拿到1个奖的。1+1/2=>1，所以超过了这个潜规则的要求。因此诺奖不大可能再给他颁奖。其实有很多科学家都有这个问题，比如：爱因斯坦。如果按照成就来看，他至少拿6个，可是他也只得到了1个而已。

最后，我要说，其实杨振宁的成就不需要诺奖来锦上添花了，他完全配得上爱因斯坦之后最伟大的科学家之一，而且也是目前世界上最伟大的科学家之一。

《宇宙物理体系》简介: 它全文9万字，历时6年完工。它对旧物理基础概念定义作了一次全面检查维修及重建。它以寻找物质基本性质即物性为突破口重建物理学。它增加了若干新的基础概念定义。它完成了对宇宙大自然最基本最重要最普遍物象进行逐一解释，且逻辑自洽。

杨振宁摘得诺贝尔奖是在1957年，是因为发现了弱相互作用下宇称不守恒而获奖的，宇称不守恒的论文发表在1956年。当时人们还没有认识到，杨振宁的最伟大成果不是弱相互作用下宇称不守恒，而是和他的助手米尔斯合作发表在1954年的杨-米尔斯理论。

杨-米尔斯理论刚发表时只是一个数学框架，并且还有明显的没有解决好的漏洞，用他的这套模型不能解决粒子质量的来源问题。在杨振宁发表论文之前，泡利也做出了和杨振宁几乎一模一样的工作，当时泡利认识到这套模型不能解决粒子的质量来源问题，故他放弃了发表。

后来，希格斯等人研究对对称性自发破缺时给出了希格斯机制，粒子质量的来源问题才算是得到了解决，杨-米尔斯理论的重要性也就逐步体现了出来。弱相互作用与电磁相互作用就是在此基础上得到了统一，弱电统一理论是上个世纪足以和相对论媲美的辉煌科学成就，后来强相互作用也纳入到这个框架中。在希格斯粒子被发现后，建立在杨-米尔斯理论框架上的标准模型取得了巨大的成功，在此之前强相互作用的渐近自由也摘得了诺贝尔奖。

这个问题暗设了博大精深的理论就一定获得诺贝尔奖。所以质疑没有获得诺奖的杨米尔斯理论的博大精深，或者质疑诺奖的公正性。

那么我们来看看另一个更加极端的案例，爱因斯坦的相对论--无论是狭义相对论，还是广义相对论--都没有获得诺贝尔奖。爱因斯坦获奖的成就是光电效应，为量子力学奠定了基础，而不是他最博大精深的相对论。

因此，博大精深的理论不一定获得诺奖，没什么奇怪的。诺奖缺失掉一些重大成果，迄今也是最有价值的科学奖项。

很多人都在评论杨振宁的理论内容如何如何 ，当然每个人都有质疑的权利，毕竟一个东西提出来，那就要让人去理解和发表不同看法，以及提出不同的意见，毕竟理论的提出来就是为了证明一些东西的，但是在证明出来之前，任何理论都有质疑的空间，只要你有那个质疑的能力和道理，需要真才实学去用不同的理论去看待，而不是说一些没有用的话。

任何东西的质疑和反驳都要有足够的证据和说服力才行，而网上出现一些人去评论和质疑一个世界其他有名物理学家都承认的理论，感觉让人非常的 搞笑 ，一个能作为未来物理学发展方向的框架理论，在网上的一些人眼中竟然不算什么，这是多么厉害的人才会这样的认为。

杨振宁在物理界上的地位业内人士没有人会质疑，而质疑他成就最多的就是我们国内网上的一些人，不知道这是什么原因导致的，一个伟大的物理学家在世界上其他地方获得尊重，但是在国内却被一些人瞧不起被质疑被喷，这个反常的现象表现出来了当前的特殊现象，关键是喷的这些人什么成就都没有，不知道哪里来的底气，要反驳应该拿出反驳的成就出来，而不是一顿瞎说。

杨振宁在1957年获得诺贝尔奖，但是他的最高成就并不是因为这个诺贝尔奖获得的理论和发现，世界上他的知名度都是建立在杨—米尔斯理论，但是获得诺贝尔奖的并不是他的这个理论，只是为什么呢，正常来说他的这个理重要性高于宇宙不守恒定律才对，毕竟这是物理界公认的。

为什么他的这个更重要的物理理论没有获得诺贝尔奖呢？其实是因为有规定一个人不能同时重复在一个领域获得两次诺贝尔奖，也就是说在一个领域获得过诺贝尔奖后，以后就算在同一个领域获得更高成就也不能再次获得诺贝尔奖，一个人可以获得多个诺贝尔奖，前提是你有那个能力，再者就是要在不同的领域。

再者诺贝尔奖获得条件是在某一个领域有巨大发现和做出巨大贡献，杨振宁的理论在他获得诺贝尔奖之前没有完成，也没有获得理论性的证明，直到获奖以后不久他这个定律才初步完善，这个时候已经错过了机会，至于这些理论对与错，有多厉害，这个我们是外行人，没办法去对这些专业的东西进行评论，只是从基础性的方面来说他这个理论框架基础远远比那些利用基础获得突破的强，毕竟万丈高楼平地起，基础打好才能建高楼，没有基础那只是空中楼阁，任何的高 科技 都是从最基础的数学物理理论上建立起来的，构建基础框架的难度远远高于其他，这也是为什么他获得世界物理界认可的地位的原因，也只有我们国内的一些网上的人认为是过度吹捧了，而世界上的科学家物理学家都认可他的地位，真是非常有意思的现象。

杨米尔斯规范场理论，更多的是数学上的成就，是一个群的规范。这个理论跟很NB，但是这个理论不是标准模型，记住了，杨米尔斯理论跟标准模型不是一回事。

导读：自然界有四大基本作用力：强力、弱力、电磁力，科学家知道它们的作用效果，但是如何从本质上去诠释它们呢？这就需要粒子物理标准模型了，简单的说这个模型就是从本质上去诠释这四种相互作用力（引力目前除外）。

This theoretical model, already ranked alongside the works of Newton, Maxwell, and Einstein, will surely have a comparable influence on future generations.（这个理论模型，已经达到了与牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的理论相提并论的高度，它将影响未来几代人的研究）。

以上这段话，是1994年美国著名的理论物理学奖项——“鲍尔奖”授予“杨——米尔斯理论”时的评语，对这个理论有非常高的评价。按照现代物理学的发展轨迹，大致来说，有四个里程碑式的阶段，第一阶段：以牛顿的“引力场论”为标志；第二阶段：以麦克斯韦的“电磁场论”为标志；第三阶段：以爱因斯坦的“相对场论”为标志；第四阶段，就是以杨——米尔斯理论为核心内容，而建立的“统一场论”（或者叫“规范场论”）为标志。所以说，杨振宁教授是一位能与牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦等伟大的物理学家并肩的理论物理学大师。这么说，是一点都不为过的。至少，目前仍然健在的物理学大师之中，没有成就比他更高的人了。

按理说，这么伟大的理论，获得诺贝尔物理学奖，应该是不在话下的，但事实并非如此，这是因为诺贝尔物理学奖的属性问题，诺贝尔物理学奖主要是针对实验物理而设立的，只对那些能用具体的物理实验来验证科学理论的物理学家进行奖励，并不看重建立理论公式的物理基础理论。爱因斯坦建立了著名的“相对论”，可是这并没有让他获得诺贝尔物理学奖，但是，爱因斯坦的“光电效应定律”被实验证明后，却获得了诺贝尔奖。同理，杨——米尔斯理论虽然没有获得诺贝尔奖，但是，基于杨——米尔斯理论所做出了的很多实验结果，却获得了诺贝尔奖。

所以说，杨——米尔斯理论确实是一个博大精深的物理“标准模型”，它所奠定的理论基础孕育了一系列的诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦也仅仅因为光电效应得诺奖，这是诺奖评奖的局限性，但大师们的地位不是靠诺奖奠定的。真正的大师都是理论架构师，牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、狄拉克、杨振宁是一级别，当然牛顿和爱因斯坦几乎靠一己之力，其他几位则是理论奠基人，越复杂的理论越难以理解，需要的智力贡献越多，能参与的人也越少，比如基于杨米尔斯场论的标准粒子模型。

据New Atlas报道， 经过长达10年的分析，物理学家们的合作项目对一个关键粒子的质量进行了最精确的测量。 新的测量结果与基于标准模型的预测大不相同，暗示了新的物理学。

自从20世纪70年代开发以来，粒子物理学的标准模型在解释粒子的相互作用和大多数基本力量方面一直非常成功。它并没有涵盖一切--主要的缺失部分包括暗物质甚至是引力--但是它所涵盖的内容非常好，始终经得起测试其预测的实验。

但是现在，一种经过充分研究的粒子可能会威胁到这种标准模型。粒子的质量可以通过它们与标准模型中其他粒子的关系来计算，然后这种预测的质量可以与粒子对撞机中的实际测量结果进行比较，以测试标准模型的内部一致性。这个过程现在导致了一个重大的差异，这要归功于一个叫做W玻色子的不起眼的粒子。

W玻色子是携带弱力的基本粒子，调解像太阳中工作的那些核过程。根据标准模型，它们的质量与希格斯玻色子和一个叫做顶夸克的亚原子粒子的质量有关。在一项新研究中，美国能源部费米实验室对撞机探测器（CDF）合作的近400名科学家花了十年时间研究了从 Tevatron对撞机26年的数据中收集的420万个W玻色子候选者。从这个宝库中，该团队能够将W玻色子的质量计算到以内，使其比之前的最佳测量结果精确了一倍。

根据他们的计算，W玻色子的最新质量测量的中心值和不确定度为80433 9MeV/c2。这在以前的一些测量范围内，但远远超出了标准模型的预测范围，标准模型认为它的质量为80357 6MeV/c2。

进一步巩固了这一反常现象，研究人员最近还使用大型强子对撞机的数据测量了W玻色子的质量，并在1月份发表了一篇论文。一些没有参与这项研究的物理学家更愿意站在标准模型一边，这是可以理解的。

实验物理学家Martin Grünewald在《科学》杂志的一篇报道中说：“所有这些测量都声称测量的是同一个量。一定有人，我不会说是错的，但也许是犯了一个错误，或者把误差评估推得太厉害了。”

但是新的CDF分析的科学家们说，他们用来得出数字的程序经过了多年的适当审查。事实上，在这些质量检查完成之前，最终的测量值被隐藏在分析仪中。

CDF分析的主要作者Ashutosh Kotwal说：“我们的结果所涉及的改进和额外检查的数量是巨大的。我们考虑到了我们对粒子探测器的改进理解，以及对W玻色子与其他粒子相互作用的理论和实验理解方面的进展。当我们最终公布结果时，我们发现它与标准模型的预测不同。”

如果新的数字得到验证，它可能暗示着标准模型之外的未知粒子或新的物理学，它们正在干扰预期的相互作用。毕竟，研究人员已经知道这个框架是不完整的，而进一步的调查可能有助于揭开这个谜团。

“现在要靠理论物理学界和其他实验来跟进并揭开这个谜团，”CDF联合发言人David Toback说。“如果实验值和预期值之间的差异是由于某种新的粒子或亚原子相互作用造成的，这也是可能性之一，那么很有可能是在未来的实验中可以发现的东西。”

这项研究发表在《科学》杂志上。