三個獨立的實驗結果同時指向了「新物理」？

為了讓我們身處的物理世界變得更加可以理解，科學家一直致力於發現支配萬物背後的理論和原理。在過去的70多年中，科學家在粒子物理學領域的不斷探索，發展了一個優美而簡明的理論，稱為標準模型。標準模型描述以及預測了除引力外所有已知粒子和基本相互作用的行為。

在這些已知的粒子中，有三個帶電輕子：電子（發現於1897年）、μ子（發現於1937年）和τ子（發現於1975年）。這三種粒子的性質完全相同，μ子和 τ子只是電子更重的版本，比如 μ子的質量約為電子的200倍，τ子則更重的多。質量的不同意味著它們的壽命也非常不同：電子很穩定，μ子的平均壽命為2.2微妙，而τ子的壽命只有0.29皮秒。

標準模型中的基本粒子：三代輕子（上）和三代夸克（下）。輕子不參與強相互作用，分為兩類：帶電輕子（e、μ和τ）和中性輕子（三種中微子ν）。

物理學家發現，電子可以做其它兩種粒子能做的一切事情，就好像 μ子和 τ子是多餘的。以至於當 μ子第一次在宇宙射線中被發現的時候，著名的實驗家Isidor Rabi怒道：「是誰訂的 μ子？」 物理學家把這三種粒子描述為一個大家族的三代，然而，在我們所觀測的世界中，似乎只需要第一代的電子就足夠了。為什麼會有三代？這個家族問題是當今物理學最大的困惑之一。除此外，標準模型還有許多無法解釋的問題（比如暗物質），因此當今物理學家的一直致力於發現超越標準模型的新物理。

在標準模型中，有一個基本假設是，儘管這些帶電輕子的質量和壽命（衰變率）不一樣，但它們的相互作用是完全一樣的。這被稱為輕子普適性。物理學家精密測試了牽涉到電子和μ子的衰變過程，沒有發現任何違反該假設的跡象，但是近來對質量更大的 τ輕子的研究則挑戰了該理論。

標準模型中的B介子衰變過程（衰變產物l=e、μ或τ）。科學家在B介子的純輕子衰變(a)和半輕子衰變(b)的研究中，或許發現了違反輕子普適性的現象。（圖片來源：G.Ciezarek et.al）

在三個獨立的實驗中（美國的BABAR實驗、瑞士的LHCb實驗和日本的Belle實驗），研究人員發現了τ 輕子的衰變率要比標準模型預測的更高。如果是一個實驗得出這樣的結果，那很可能是統計誤差。但是在不同環境下進行的三個實驗都觀測到了比預期更高的衰變率，就值得我們關注。

雖然很耐人尋味，但還不足以確認違反了輕子普適性。實驗的結果只給出了4個標準差（相當於99.95%的確定性），如果在未來的實驗中能夠給出5個標準差，就意味著或許存在新的粒子或相互作用。在迎接任何的突破前，我們需要靜下心來進行更多的實驗，收集和分析更大的數據樣本來確定這一結果。

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