太阳，一个核反应堆，以及碳年代测定法，它们的许多能力都来源于原子核内部的粒子相互作用。而这些，在某种程度上，是由一种名为 W 玻色子的亚原子粒子完成的。W 玻色子是传递弱核力的无形载体，弱核力是宇宙中负责引起放射性衰变的基本力。
它也是粒子物理学最新谜团的主角。4 月 7 日发表在《科学》杂志上的，迄今为止最精确、最详尽的 W 玻色子质量测量结果显示，该粒子的质量比预期要大。
这是一个很难轻易解释的偏差。如果这一测量结果得到证实——这是一个非常大的“如果”——它可能成为粒子物理学对宇宙最微小尺度长期以来理解，即“标准模型”尚未完善的最有力证据。
“大自然是否还隐藏着其他会影响这个特定量的粒子？”杜克大学粒子物理学家、该论文合作者之一的 Ashutosh Kotwal 说道。
W 玻色子并非一个新发现的粒子：欧洲核子研究组织 (CERN) 的科学家们在 20 世纪 80 年代初就发现了它，而理论家们在此之前十多年就已预测了它的存在。确定其质量从一开始就是一个目标。
“在进行这项测量并不断提高精度方面有着悠久的历史，因为它一直被认为是一项非常重要的测量，”加州大学圣巴巴拉分校的粒子物理学家 Claudio Campagnari 表示，他并非该论文的作者之一。
事实上，最新的《科学》杂志论文是十多年前实验的成果。该论文的众多合作者都曾使用 Tevatron 加速器的数据进行研究：这是一个位于芝加哥郊区费米实验室的粒子加速器，其最后一次碰撞发生在 2011 年。
粒子在费米实验室的环形轨道中高速旋转并相互碰撞，爆发出耀眼的高能粒子碎屑——其中就包括 W 玻色子。碰撞越多，科学家们就有了越多的数据可以分析，以拼凑出 W 玻色子的质量。
“我们为自己设定的任务是：去测量事实。这是我们迄今为止最努力地去获取这一事实的成果，”Kotwal 说。
这些粒子以接近光速的速度在加速器中盘旋，几乎瞬间相互撞击。然而，分析它们的碰撞则需要数年时间。费米实验室的团队之前在 2006 年和 2012 年也做过类似的工作，分别花费了四年和五年的时间来整理之前的数据集。
这是因为测量 W 玻色子的质量是一个精细且高度敏感的过程，必须考虑各种细微的干扰因素，从加速器内部磁场的偏移到探测器观察碰撞的角度。
“微小的错误可能产生很大的影响，所以必须非常小心地进行，据我所知，作者们做得非常仔细，这就是他们花了这么多年时间研究它的原因，”瑞士欧洲核子研究组织 (CERN) 的粒子物理学家 Martijn Mulders 表示，他也不是论文的作者之一。
该研究的作者们花费了十多年的时间。最终，他们发现 W 玻色子的质量比任何先前的测量值都要大，并且比理论预测的要大，无法与之匹配。这几乎肯定是一个太大的差异，无法归咎于纯粹的统计意外。
“我认为人们并没有真正预料到新的结果会与预测有如此大的出入，”Campagnari 说。
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W 玻色子是“标准模型”这堵墙上的一块砖，标准模型是现代粒子物理学的核心。标准模型由十二种亚原子粒子组成，是宇宙的基本构成单元，通过理论的纽带紧密地联系在一起。标准模型一直是物理学家发现新粒子的指南：最值得注意的是，它引导研究人员发现了长期以来一直在寻找的希格斯玻色子，这种粒子有助于赋予其同类粒子质量。一次又一次，标准模型的预测都得到了证实。
但标准模型并非一本百科全书，它对宇宙的描述仍然留下许多未解之谜。它没有解释引力是如何或为何工作的，它没有解释暗物质，也没有解释为什么宇宙中的物质远多于反物质。
“我们绝不认为标准模型本身是完整的，”Kotwal 说。
如果这一结果成立，“我认为我们可以诚实地说，这可能是标准模型多年来遇到的最大问题，”Mulders 说。
在接下来的日子和几个月里，粒子物理学家将仔细审查该论文的每一个方面，以寻找解释。费米实验室团队有可能犯了一个未被发现的错误；也有可能理论背景中的微小调整可以解释这种差异。
即使费米实验室的发现是准确的，任务也并未完成。物理学家必须独立地交叉验证这一结果，在完全不同的实验中进行验证。他们想知道，例如，为什么之前的测量没有发现 W 玻色子像这次一样重。“对此，人们的希望寄托在欧洲核子研究组织 (CERN) 的实验上，”Mulders 说。
事实上，欧洲核子研究组织 (CERN) 的大型强子对撞机 (LHC) 已经观测到的 W 玻色子比 Tevatron ooit 还要多。现在，研究其数据的科学家们有了新的动力来根据这些观测结果计算其质量。他们可能会从大型强子对撞机 (LHC) 在今年晚些时候全面投入运行——或在更远的未来，当它在 2027 年升级后——时产生的新碰撞中获得帮助。
但假设大型强子对撞机 (LHC) 确实提供了证据。那么，这个行为异常的 W 玻色子可能就是潜伏在量子阴影中的某种东西的指纹。也许它是另一个粒子存在的迹象，例如由一个长期存在的理论“超对称”所预测的粒子，或者一种迄今未知的力。
“这确实是我们对标准模型的核心理解，而那将是破灭的……你必须开始质疑一切，”Mulders 说。
