停滞100年的物理学，终于有重大突破？W玻色子超重意味着什么？
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2022年4月 ， 美国费米加速实验室公布了2001年到2011年十年间对W玻色子的测量数据 。 发现w玻色子比标准模型预言的质量 ， 超重了将近0.1% 。
这0.1%的差距说严重一点 ， 可能会导致整个粒子物理学坍塌！
美国费米实验室测量w玻色子的最新质量为80.4335Gev ， 正负误差0.0094Gev
而标准模型预言的W玻色子的质量是80.357Gev ， 正负误差0.006Gev 。
理论预测和实验测量的W玻色子相差只有不到0.1% ， 为什么会引起物理学如此大的轰动？在粒子物理中 ， sigma是预言新粒子存在与否的金标准 。
如果实验数据和理论预测相差超过5sigma ， 这就意味着 ， 可能存在一种未知的粒子 。
而此次费米实验室测量的w玻色子的质量和标准模型预言的质量相差为7sigma ， 这就意味着可能存在一种新的未知粒子夹杂在测量过程中 。
相差7sigma意味着什么？【停滞100年的物理学，终于有重大突破？W玻色子超重意味着什么？】在实验物理中 ， 测量粒子的质量肯定存在误差 ， 只有大量重复的测量 ， 才能获得更多的数据 ， 数据就越精确 。
比如扔硬币 ， 扔100次硬币 ， 可能有48次正面朝上 。 再扔100次硬币 ， 可能49次正面朝上 。
不断重复实验 ， 会发现每扔一百次硬币 ， 大部分结果都是接近正反面各50次朝上的情况 。
几乎很少出现20次正面朝上的情况 。 如果将扔硬币的情况列成正态分布图 ， 会发现最顶端代表的是正反各50次的情况 。
比如 ， 47次正面朝上和50次正面朝上的偏差是3 ， 而标准偏差就是所有偏差值平方的平均数的平方根 。 一个标准偏差就是一个sigma 。
在测量粒子的物理量时 ， 偏差值是1sigma意味着 ， 测量三次数据 ， 只有一次和理论预测不符 ， 概率是33% 。
2sigma意味着测量22次数据 ， 只有一次和理论预测不符 ， 概率为4.5% ，
3sigma意味着测量370次数据 ， 只有一次与理论预测不符 ， 概率为0.27% 。
5sigma意味着测量1744278次数据 ， 只有一次和理论不符 ， 概率为0.00000057%
5sigma在粒子物理中是黄金标准 ， 任何超过5sigma的数据都被视为有可能的新发现 。
而此次W玻色子和理论预测相差7sigma ， 意味着发生概率只有万亿分之一 。
这种基本上可以忽略不计的概率居然被实验室碰到 ， 可以排除是由于误差导致的 。 所以w玻色子的质量与理论预测的不符基本上是事实 。
w玻色子质量超重为什么会颠覆粒子物理学？在四大基本相互作用力中 ， 只有弱力和强力在原子核内发生作用 。
原子核由质子和中子构成 ， 它们又由更小的夸克构成 。 中子和质子一般由三个夸克构成 ， 这三个夸克组合成的复合粒子到底是中子还是质子 ， 取决于夸克的种类 。
两个上夸克和一个下夸克的组合形式就是质子 ， 而一个上夸克和两个下夸克的组合形式就是中子 。
如果一个上夸克变成下夸克 ， 则质子就会变成中子 。 这种变化在学术叫“夸克味变” ， 而引发夸克味变的力就是弱力 ， W和Z玻色子就是弱力的传播子 。
所以W和Z玻色子决定了中子和质子之间的相互变换 。
在2012年 ， 希格斯机制确立之后 ， 我们才知道W和Z玻色子的质量来源于希格斯场的激发 ， 希格斯场不仅赋予了W和Z玻色子的质量 ， 还赋予了其他基本粒子的质量 。 通过希格斯场 ， W玻色子和其他所有基本粒子都建立起来联系 。 所以对W玻色子的质量校正 ， 会牵一发而动全身 。
目前测量W玻色子的质量有两种方式 ， 一种是直接测量 ， 也就是此次费米实验室公布的测量方式 。
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