LHC 發現與標準模型預測不一致的數據有什麼意義嗎？
LHC 發現與標準模型預測不一致的數據有什麼意義嗎？標準模型預測失敗常見嗎？
來源：Solidot | LHC發現了與標準模型預測不一致的東西
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北京大學理論物理學博士
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這東西看你怎麼理解
一方面，標準模型在它能夠涉及到的各個領域都取得了巨大的成功
另一方面，有像暗物質、暗能量這種標準模型不能解釋但是至少也沒有什麼直接矛盾的觀測結果，還有像中微子振盪這樣明顯和標準模型的設定相直接違背的
目前的情況是，大部分人相信，標準模型仍然不夠完善，但是，這個不完善是否能在LHC上體現出來，不好說
至於LHCb的這個結果，至少目前significance還不夠，理由原文已經說了，一般能夠稱為discovery的結果，需要達到5個sigma，而現在只有2.1/3.9個sigma
意義的話，就是鼓舞了還在加速器粒子物理領域的faculty和研究生，因為又能申請經費了，以及能夠繼續吸引傻孩子入坑
發佈於2015-09-08
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黃豆子
黃豆子
粒子物理學 話題的優秀回答者
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謝邀：）
利益相關：在CMS做heavy ion collision的B和D介子衰變測量的
“ 理論學家的結果除了自己誰都不信，實驗學家的結果除了自己別人都信 ”——這又是一個奪麼妙的段子啊233
我之前看到這個結果了，但是當時沒有多想，沒想到同一天被兩次問到。前面很多人都提到了，我就不糾結2.1#sigma的問題了。我覺得雖然2.1個#sigma的確可信度低了點，但是不同實驗測到過類似結果這件事還是有些鼓舞人心的（雖然這還是沒有什麼嗶—用
下面我主要是想說說問題裡的具體內容，"LHC 發現與標準模型預測不一致的數據有什麼意義嗎？標準模型預測失敗常見嗎？"
＊和我之前答的題不同，這裡可能會多一些主觀理解，少一些客觀知識，我也不覺得我對標準模型的理解有多透徹，歡迎討論
一，LHC發現與標準模型預測不一致的數據有什麼意義嗎？
我想說的是關於實驗對理論的限制。
實驗結果會對理論有驗證和限製作用是很好理解的。比如“如果實驗結果和標準模型預測不符，那麼標準模型是錯的。”——這樣的邏輯是容易理解的，然而實際操作上並不完全是這樣。
首先我想說，標準模型如此成功，以至於不可能因為一個實驗結果而全盤推翻。對於根基很深的理論來說，實驗結果的限制更多的意義在於對拓展理論或者調整理論的提示（後面說），而非放棄它。相反，對於一些根基很淺（很少預測成功甚至從未預測成功過）的理論，實驗的限制往往是對理論方向的指導，對於嘗試性的理論，實驗的否定很可能就是放棄這個思路的契機。（你看Beyond Standard Model(BSM)大熱的弦論和超對稱，雖然不止一次地被打擊，然而還是頑強地發展著。）
另一方面，眾所周知，標準模型有很多解釋不了的內容（暗物質啊，中微子各種啊等等），所以標準模型（或者說我們了解的標準模型）一定是有缺陷的。很多人都相信標準模型只是“最正確最全面的那個理論”的一個近似，這種想法是很自然的，現在的BSM理論也普遍認為應該可以在某種極限下回到標準模型。可以說我們知道標準模型不完美，但我們更想知道的是
標準模型是如何被限制的（這樣我們才知道怎麼突破現在cover不了的部分）
怎樣的BSM理論是正確的（我們想知道適用性更好的理論）
所以相應的，我們也對這些實驗內容感興趣：
和標準模型預測不符的實驗結果（最可能得到標準模型限制的提示的）
對於BSM理論支持和否定的證據（篩選以及指導BSM理論的發展）
如果得到一個證實標準模型失敗的同時又恰好符合某個BSM理論預測的實驗結果，就更喜聞樂見了。
二，標準模型預測失敗常見嗎？
不常見。
標準模型不能解釋的現象和實驗結果有不少，但確實地在實驗中發現和標準模型預測不同結果的情況卻不多。我想了想沒有印像有哪個實驗結果是確實地確定地顯示標準模型預測失敗的。歡迎評論提示我！我覺得“標準模型不能解釋”和“標準模型預測失敗”是邏輯不太相同的概念。後者對標準模型自身的反思有意義，而前者更多地是對BSM理論的指導和發展空間。
三，其他
這次回答的不算是非常擅長的問題，希望沒有誤導到別人！我去準備幻燈片了明天早上presentation……
發佈於2015-09-10
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匿名用戶
匿名用戶
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瀉藥，首先，LHCb的這個結果很棒，作為同行，感謝他們的勞動。我自己也剛剛做完一個類似的課題，也是探尋新物理的，等發了文章再上我的結果。分割線後進入正題，盡量乾貨吧，有問題請大家賜教。
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一、高能物理中，沒有完美的實驗結果
（這裡只以基於加速器的高能物理實驗作為例子）
高能物理實驗裡，我們能得到的，只是末態粒子的徑蹟的位置和四動量（就是動量+能量）信息。而物理分析，要得到的最重要的是粒子的種類分析通過這些簡單的信息，我們可以通過各種方法進行粒子鑑別，判斷探測到的粒子是什麼粒子，這時，會有一定的“粒子誤判”。
通常每個實驗組會寫一些軟件包來進行粒子鑑別，但是鑑別的正確率不是100%的，例如在北京正負電子對撞機-北京譜儀（BEPC-BES）中，用粒子鑑別軟件包鑑別[公式]介子和[公式]子的誤判率是50%，也就是說，這兩種粒子基本是區分不開的。所以，我們一般會認為再加上一定的條件來判斷粒子種類。
之後，我們會根據我們的分析，來進一步加上一定的選擇條件。這些選擇條件，在去除我們不需要的反應事例的同時，也會排除掉我們需要的信號事例。所以，高能實驗分析最主要的工作，就是在盡量不除去我們需要的事例的情況下，盡可能去除我們不需要事例。
在這個過程中，我們會加上很多的事例選擇條件，這裡，就有很多“經驗性”的選擇條件，準確來說，沒有任何一組選擇條件是完美的，這裡的人為的因素是不可避免的，人為主觀因素只能盡可能地減小。例如下圖，是我做的一個K_S粒子的信號：
藍色箭頭表示的是我選取的信號區間，我用高斯函數+多項式擬合了信號，去了3 [公式]的信號區間（就是說，99.7%的K_S信號被我選擇了）。外行人可能覺得沒什麼問題啊，但是，做過分析的人就會知道，其他這個擬合其實是人為因素的，改變擬合參數的初始值，改變擬合方法等等，都會對結果產生很大影響。
所以，高能實驗物理學家對各種分析結果，其實有種“經驗性質的認可”，沒有“原則性的錯誤，就接受結果”。（原則性的錯誤，比如“中微子超光速事件”，是高能物理學家的禁忌）
為了表現測量結果的可信度，我們又任人為規定了一下：
小與3 [公式]:無信號（no signal）
3 [公式]~5 [公式]：有證據（evidence）
大於5 [公式]：發現（discovery）
二、新物理的探索
人們在探尋物理規律的過程中，有很多的理論，有至高無上的地位的牛頓力學，現在也被證實不能適用於說有情況。同理，目前的標準模型，也並不是適用所用情況的。這裡牽扯到了場論，群論和對稱性問題，所以我盡量不涉及難懂的內容。（我是做實驗的，也怕講錯給大家帶來物理，歡迎做理論的高人補充）
直接上報告吧：http:// belle.kek.jp/belle/talk s/DISCRETE08/K.Hayasaka .pdf
這個報告是Hayasaka的一次關於在B工廠尋找新物理的報告。裡面的內容我覺得懂一點物理的外行人也是可以理解的。 |
