质子对撞中首次观察到光子变陶子，为探索新物理现象提供途径

据欧洲核子研究中心（CERN）官网25日报道，该机构大型强子对撞机（LHC）上的紧凑缪子线圈（CMS）国际合作组宣布，他们利用CMS轨迹探测器出色的追踪能力，首次观察到质子对撞中两个光子“变身”为两个陶子（τ）。

CMS探测器测量质子对撞电子“变身”陶子的过程。陶子可以衰变为缪子（红色）、带电兀介子（黄色）和不可见的中微子.
图片来源：CMS合作组

上世纪70年代，陶子首次在美国斯坦福加速器实验室现身，但其寿命极短，对其开展精确研究相当棘手。在最新研究中，CMS团队首次在质子非接触对撞中观测到一个特殊过程：两个光子相互作用产生两个陶子，然后分别衰变为缪子（μ）、电子或带电π介子和中微子。

此次科学家对陶子的反常磁矩开展了迄今最精确测量。粒子的磁矩由粒子内部（假想）磁体的强度和方向产生。同时，真空中存在的大量虚粒子会干扰磁矩，使其偏离预测值，因此粒子的磁矩需要在量子水平进行校正。这种量子校正被称为反常磁矩，其大小约在0.1%的水平。

上海交通大学物理与天文学院教授李亮对科技日报记者解释说：“反常磁矩对新物理效应非常敏感。如果在误差范围内，反常磁矩的理论值和实验值不一致，就意味着标准模型之外存在着新物理现象。最新研究有助揭示陶子的产生过程及其重要物理性质，从而验证标准模型预测，并为探索新物理现象提供了新途径。”

由于陶子寿命极短，测量其反常磁矩尤其困难，最初测量计算值是理论计算值的30倍，后被缩小到20倍。CMS合作组这一研究则将陶子反常磁矩的测量计算值缩小到仅为理论计算值的3倍，为其设置了迄今最严格限制。

北京大学物理学院、核物理与核技术国家重点实验室王大勇长聘副教授团队在这一研究中做出了突出贡献。CMS合作组成员、博士生秦雪龙表示：“这项研究引入测量陶子反常磁矩的新方法，探测了比之前实验更敏感的较高质量区，并改善了已停滞20年的测量结果。”