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[交流] 费米实验室CDF精确测量出“物质-反物质震荡”

美国能源部费米国家加速器实验室CDF组的科学家们4月11日宣布，他们精确的测量了物质和反物质间极快的震荡。

科学家们50年前就已经知道某些亚原子粒子可以在物质和反物质间自发的震荡。在CDF的令人兴奋的结果中，物理学家们测量了Bs介子(一个底夸克和一个奇异反夸克由强相互作用结合而成)的物质-反物质震荡频率达到了每秒三万亿次。美国能源部科学办公室主任Raymond Orbach博士祝贺CDF取得的这项成绩，说：“这是一个非常重要和吸引人的结果。探索反物质世界的奥秘是我们认识早期宇宙的过程中非常关键的一步。Tevatron的高亮度Run II计划使研究物质-反物质震荡成为可能，我们希望费米实验室可以在高能物理领域继续保持领先水平。”

在过去的二十年里，世界范围内有很多实验组参与到精确测量物质-反物质行为的实验当中去，尤其是含有奇异夸克、粲夸克和底夸克的粒子。美国斯坦福和日本筑波的加速器研究组合作参与了含有底夸克的粒子的研究。科学家们希望通过大量的精确测量这些粒子的行为，来研究这些粒子为什么存在，以及它们相互间怎样发生相互作用和它们在早期宇宙中扮演了怎样的角色。虽然在现在的自然界中还没有发现有这些粒子，但是它们在早期宇宙中的丰度却非常高。所以科学家们只能在大型粒子加速器中来研究它们。

本周一下午，费米实验室召开的会议中，CDF组报告了他们对Bs物质-反物质震荡频率的测量：每秒三万亿次，测量误差2%。他们还报告了从2002年到2006年1月间CDF探测器在“Tevatron Run II”运行周期内得到的数据。在这过程中，他们测量数以十万亿计的质子-反质子碰撞。之前就有一些测量物质-反物质震荡的尝试，最近的一次是CDF组的姊妹实验组DØ测量了物质-反物质震荡的上限和下限。

在高能物理界，CDF的精确结果很快就能被不同的理论模型用来解释宇宙是怎样形成的。其中一个非常流行的理论是超对称理论，它认为每个粒子都有它的超伙伴粒子。费米实验室理论物理学家Marcela Carena认为一般的超对称理论预言的物质-反物质震荡频率比实验测量的结果还要快，所有有些理论就必须被实验结果排除。Carena说：“在Tevatron上，关于超对称模型的重要信息可以通过精确测量Bs物质-反物质震荡频率和寻找Bs衰变成μ轻子对的稀有衰变过程获得。Tevatron甚至可能在欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)之前就找到超对称存在的间接暗示。”

另外，科学家们总是希望获得的结果是令人惊讶，与已有知识和预言矛盾的。CDF的科学家们也是一样，关于Bs介子的精确测量与标准模型的预言符合的很好，但是他们在Run II期间也发现了一些新现象需要新的理论来解释。

CDF即将离职的发言人Young-Kee Kim说：“当我们试图认识自然界的奥秘时，它对我们非常苛刻。但是我们并没有放弃，因为我们可以不断地探索。虽然标准模型仍然与实验符合的很好，但是Tevatron的很多物理计划仍然有很多机会发现新物理。”Kim将在七月成为费米实验室的副主任。

来源: http://www.cutech.edu.cn/ShowArticle.asp?ArticleID=14603

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