作为一名在欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC）工作的物理学家，我被问到的最频繁的问题是：“你们什么时候能发现新东西？” 我忍住了讽刺地回答“除了获得诺贝尔奖的希格斯玻色子，以及一大堆新的复合粒子之外，还有什么？” 的冲动，我意识到这个问题之所以被问得如此频繁，是因为我们向外界描绘粒子物理学进步的方式。
我们通常以发现新粒子来谈论进展，而且确实也常常如此。研究一种新的、非常重的粒子有助于我们观察底层的物理过程—通常没有令人讨厌的背景噪音。这样就容易向公众和政界人士解释这项发现的价值。
然而，最近一系列对已知、普通的粒子和过程进行的精确测量，已经开始动摇物理学。随着LHC准备以前所未有的能量和强度运行，是时候广泛讨论其影响了。
事实上，粒子物理学一直有两种发展方式，发现新粒子是其中一种。另一种是通过进行非常精确的测量来检验理论的预测，并寻找与预期偏差的地方。
例如，爱因斯坦广义相对论的早期证据，就来自于发现恒星视位置的微小偏差以及水星轨道的运动。
三个关键发现
粒子遵循一种反直觉但极其成功的理论，称为量子力学。该理论表明，虽然质量太大以至于无法在实验室碰撞中直接产生，但粒子仍然可以通过“量子涨落”影响其他粒子的行为。然而，对这些效应的测量非常复杂，而且更难向公众解释。
但最近一些暗示标准模型之外未知新物理学的发现，属于第二种类型。LHCb实验的详细研究发现，一种称为b夸克（夸克构成原子核中的质子和中子）的粒子衰变为电子的几率远高于衰变为μ子的几率—μ子是电子较重但性质相似的“兄弟”。根据标准模型，这种情况不应该发生—这暗示新的粒子或甚至自然力可能影响了这一过程。
然而，有趣的是，LHC的ATLAS实验对涉及“顶夸克”的类似过程的测量表明，电子和μ子的衰变几率是相等的。
与此同时，美国费米实验室的Muon g-2实验最近对μ子在“自旋”（一种量子性质）与周围磁场相互作用时发生的“摆动”进行了非常精确的研究。该实验发现，μ子的摆动与某些理论预测之间存在微小但显著的偏差—再次表明未知的作用力或粒子可能在起作用。
最新的令人惊讶的结果是对一种基本粒子—传递控制放射性衰变的弱核力的W玻色子—质量的测量。经过多年的数据收集和分析，同样在费米实验室进行的该实验表明，W玻色子的质量比理论预测的要重得多—其偏差之大，以至于在超过百万亿次的实验中都不会偶然发生。同样，可能是尚未发现的粒子增加了它的质量。
然而，有趣的是，这与LHC的一些较低精度测量结果（在本研究和另一项研究中都有呈现）不符。
结论
虽然我们并不完全确定这些效应需要新的解释，但越来越多的证据表明需要新的物理学。
当然，将会有近乎与理论家数量相当的新机制被提出来解释这些观测结果。许多人会关注各种形式的“超对称性”。这是这样一种观点：标准模型中的基本粒子数量是我们原先认为的两倍，每个粒子都有一个“超伴侣”。这可能包括额外的希格斯玻色子（与赋予基本粒子质量的场相关）。
另一些人将超越这一点，提出一些不那么时髦的理论，例如“强色理论”，这将意味着除了引力、电磁力以及弱核力和强核力之外，还存在额外的自然力，并且可能意味着希格斯玻色子实际上是由其他粒子组成的复合粒子。只有实验才能揭示真相—这对实验物理学家来说是个好消息。
新的发现背后的实验团队都备受尊敬，并且长期致力于这些问题。尽管如此，注意到这些测量非常困难，这并非是对他们的不敬。更重要的是，标准模型的预测通常需要进行计算，其中必须进行近似。这意味着不同的理论家可能根据所做的假设和近似程度，预测出略微不同的质量和衰变率。因此，也许当我们进行更精确的计算时，一些新的发现将与标准模型相符。
同样，研究人员可能正在使用细微不同的解释，从而得出不一致的结果。比较两个实验结果需要仔细检查，以确保两者使用了相同级别的近似。
这些都是“系统不确定性”的来源，尽管所有相关人员都尽最大努力量化它们，但可能存在未预见的复杂情况，导致它们被低估或高估。
这一切都不能减轻当前结果的意义和重要性。这些结果表明，存在多种途径可以更深入地理解新物理学，并且都需要进行探索。
随着LHC的重启，仍然有可能通过更罕见的途径产生新粒子，或在我们尚未揭示的背景下发现它们。
Roger Jones是兰开斯特大学的物理学教授和系主任。他获得STFC的资助，并且是ATLAS合作组织的成员。
