物理学家们清楚，尽管标准模型优雅地描述了基本力和粒子，但它并不完整，无法解释许多现象，如暗物质的存在。然而，观测结果持续以更高的精度验证标准模型的准确性。即便是曾看似打破常规的测量，如W玻色子质量的差异，在进一步研究后也已消弭。

如今，CERN的LHC上的LHCb实验分析表明，一个偏离标准模型的实验结果的证据正在增强，涉及B介子衰变为其他粒子的过程。该结果已被《物理评论快报》接受发表，是粒子物理学家在质子-质子碰撞中寻找新物理的少数几个剩余异常之一。

实验发现了什么？

LHCb实验并非直接寻找新的重粒子，而是探究它们产生的微妙效应，包括作为“虚粒子”短暂出现并影响粒子衰变的情况。研究人员分析了粒子从衰变中出现的频率和角度，以检查是否与标准模型预测相符。新分析关注B介子（由底夸克和另一个较轻夸克组成）衰变为含有奇异夸克的介子（K介子）以及两个μ子的过程。结果显示，最终产物从衰变中出现的角度与标准模型的预测不符。自2015年以来，这一异常的证据一直在增长。

这如何指向新物理？

物理学家认为，这种B介子衰变——被称为“企鹅衰变”——对尚未发现的物理学特别敏感。这种衰变涉及一个量子环路，其中底夸克通过暂时转变为“虚”粒子而变成奇异夸克。量子物理学允许即使是重型、非标准模型的粒子也能短暂进入这个环路，并使最终产物具有仅由已知粒子无法解释的特性。

由于这种衰变极为罕见——大约一百万个B介子中只有一个会以这种方式衰变——新粒子的影响应该比其他更常见的衰变更容易被发现。

我们应该感到兴奋吗？

这项分析包含了LHC在2011年至2018年两次运行期间累积的约6500亿次衰变数据。测量到的粒子出射角度与标准模型之间的差异，其显著性约为4西格玛，意味着由常规标准模型过程产生的随机噪声造成这种信号的可能性约为16000分之一。爱丁堡大学的LHCb粒子物理学家威廉·巴特表示，这是LHC近几年最重要的成果之一。尤其令人兴奋的是，这一发现似乎得到了另一个LHC实验——CMS的初步证实，尽管其统计显著性较低。

如果信号是真实的，什么新粒子可以解释它？

一种可能解释这种差异的粒子是Z'玻色子，它可能作为虚粒子参与了B介子在底夸克到奇异夸克跃迁中的分解。Z'玻色子将与一种新的、尚未发现的力相关联，类似于Z玻色子，后者是介导弱核力的两种粒子之一。另一种可能性是轻夸克的存在，这是一种短寿命粒子，在较高能量下，它被认为具有轻子和夸克两种粒子家族的特性。

还有哪些异常可能挑战标准模型？

目前没有其他异常了。长期以来，B介子衰变为电子和μ子方式的意外差异在2022年随着更多数据的出现而消失。LHC的实验还观察到其结果与标准模型之间的其他张力——在与B介子衰变和希格斯玻色子相关的发现中。但这些都不如最新的结果显著。

我们何时能了解更多？

LHCb的物理学家们尚未分析自2018年以来在对撞机上积累的大量企鹅衰变数据。巴特表示，由于初步分析已经完成，这项工作现在会更快，但最早也要等到明年才能公布新结果。如果Z'玻色子存在且不太重，其他LHC实验可能能够直接观测到它的衰变。