粒子实验扑朔迷离

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20世纪70年代，科学家们创立了粒子物理标准模型，清楚地给出了组成世界的基本粒子的信息，包括它们的种类、质量、电荷、自旋以及它们之间的相互作用。标准模型好比一个宾馆套间的“手册”，上面清楚详细地说明了每一件物品的名称、种类、数量、位置等，从而使客人能够非常舒服地住在里面。

在过去的近半个世纪中，科学家们在实验中发现的所有粒子，都能在标准模型中找到对应的身份，并且其性质也与“手册”中的预测基本吻合。

“科学家们通过实验验证并拓展理论框架，一个核心的任务是去寻找标准模型预言的但尚未发现的，以及超出该理论解释范畴的新现象和新粒子。”中国科学技术大学近代物理系特任教授吴雨生告诉记者，这类新发现在人类一步一步揭开物质世界根本规律的科学研究中至关重要。

这一点从上个世纪以来的诸多基础科学突破中都能得到佐证：从1905年通过光电效应证实光子的存在，到2012年发现希格斯粒子，标准模型理论预言的所有基本粒子均被发现。标准模型预言下的基本粒子研究，也使得人类在探索宇宙本源和物质本质的路上越走越远：预测到反物质的存在、发现中微子质量并不是零、观测到黑洞乃至探测到引力波等。“每次新发现都如同向静谧深邃的潭水投入一块石头，激起圈圈涟漪，推进一系列新科学、新技术的诞生。”吴雨生说。

“在粒子物理实验中，新现象的发现到底是否确凿可信，一般用统计学中的显著程度来表征。显著度表达为高斯分布标准差的倍数，即几倍σ（西格玛）。”吴雨生告诉记者，倍数越大则越可信。“如果显著度为5σ，这个新发现被认为确凿无疑，以假乱真的可能性甚至低于百万分之一，而3σ显著度的实验结果也较为可信，所对应的存伪概率仅为千分之一。”吴雨生说。

吴雨生告诉记者，5σ和3σ分别对应于科学结论“发现了新现象”和“找到了新现象存在的迹象”，是科学家们宣告新发现的重要依据。对于基础性的重大发现，科学界极为严谨严苛，不光要求实验发现的统计显著度达到5σ，还要能经得起时间的检验。“另外，还要求有独立进行的其他实验去重复验证其结果。”吴雨生说。