大型电子 - 正电子机(LEP)正在欧洲原子核研究组织(CERN)兴建中。它的物理学议事日程最早在七十年代后期就开始流传了,那时,Z0和W±完全是一种理论上的粒子,可是格拉肖、萨拉姆与温伯格的电 - 弱理论的弱力部分就是需要它们。既然这些粒子都已经在CERN利用质子 - 反质子(PP)碰撞机试验中发现了,并在过去六年里在其他方面取得了进展,那么LEP的目的应该是什么?今年三月十九日约翰 · 埃利斯在CERN召开了一个物理学大会,针对这个问题进行了探分。来自五个工作小组的类似答案都报告说,我们必须考查可能失败的能量标准模型理论的有效性,必须彻底探讨它的许多任意参数的解释。
像LEP那样一座电子 - 正电子(e+e-)机的重要特征,与PP碰撞机相比,是没有“观众粒子”可使主要事件复杂化。虽则Z0与W±能够在PP碰撞中找到,但是彻底研究它的性质,只能使用LEP。罗马的G. 阿尔泰里回顾了当e+e-能量约为94 GeV、等于或略高于Z0质量时可以进行的精确研究。在这种能量区,差不多所有反应都会经过共振而集中于Z0粒子,于是LEP便成了“Z0粒子工厂”,进入每对Z0能衰变的可能的粒子 - 反粒子对便在粗略的可比速度下产生。
例如重的τ轻子、罕有而重的美人②夸克等。虽则这种较罕见的夸克和轻子较普通粒子要重得多,它们的配对物中微子都好像极轻,所以Z0能够衰变为迄今仍未发现的夸克与轻子的配对物新的中微子的粒子 - 反粒子对。这就应该容许我们证明在“美人 - 顶 - τ”一代之后仍待发现的夸克和轻子的更重的代和组的数目。阿尔泰里报告了LEP实验小组相信他们能够运用对中微子的形式和代的数目进行最后计算的技术,因为似乎每一代都有一个中微子。当LEP已得到计划中的射束强度时,这一试验只需进行十天。
虽则加利福尼亚州的斯坦福直线碰撞机(SLC)目前也在兴建中,但是它也可能是第一台产生Z0的电子 - 正电子机。它的最初的检测器将可能并不足以完善地进行粒子计算,但是有关Z0质量的其他某些物理学问题,可能将由SLC小组首先进行研究。但它需要极度的耐力和精确的操作来校验所有电 - 弱模型的预言——特别是计算它的基本常数的高次校正温伯格角。这里SLC和四个LEP试验的交叉校正,将是重要的。
欧洲原子核研究组织的W · 布什姆勒把我们最终通过顶偶素阈时形容成为一次准备着的盛宴——在哪个顶偶素的能,一种顶夸克与反顶夸克的约束态可能产生。去年,PP碰撞机的UAI试验给出了顶夸克的估计质量在30 ~ 50 GeV之间。但是这种不太精确的结果还没有见到独立的证实。所以顶偶素可以在任何地方找到,从汉堡PETRA电子 - 正电子碰摅机试验所定的目前43 GeV的下限到最高可能性的LEP的能。它应该有两个充分确定的类似于电子偶素的夸克 - 反夸克态的许多性质:J/ψ(粲 - 反粲)和v(美人 - 反美人)。虽则顶偶素应该比J/ψ具有更多的受激态,它们中的最低的几乎将不可能分辨,甚至如果它们稳放在Z0下面。如果它们紧密接触Z0质量,可能使物理学极端复杂,因为和顶偶素态会显现得好像偶合于相同的输入通道而接近共振。它们会有对立的相,所以顶偶素不会像限制在横切面中那样的碰撞中出现,只会在较大的Z0碰撞的边缘上的狭窄倾斜中出现。由于顶夸克质量较大,比起J/ψ或v来,顶偶素将是一个较小的系统,它的详细的水平结构将在极短促的范围内由量子色动力学势发生作用的情况给予证明。从有效光子在电子 - 正电子中湮灭与有效光子的散射中研究量子色动力学的另外途径是汉堡的西德电子同步加速器中心(DESY)的A · 艾尔利评述的。
一旦到达弱相互作用的自然能级所能显示的全部新的努力,是由CERN的约翰 · 埃利斯评述的,W±与Z0的巨大质量的原因和重夸克的产生是当前理论上公开的一个重大问题。这些质量,可能由弥漫于空间的导出新的重粒子希格斯 - 基布尔的作用过程所产生的。这些粒子改变了真空,而且更强烈偶合于重粒子。虽则已经提出过许多探索的规划,然而谁也没有验证过相当自由的希格斯玻色子,特别在Z0或顶偶素衰变中。但是还有其他更为复杂的理论性计划,它们都不需要简单的希格斯粒子。如果在LEP达到了它的临界值,这种作用可能在类似于UAI单喷注的不规则事件中看到,这些事件中某些已被试用于超对称理论的解释。
欧洲原子核研究组织主席斯科珀说,他在规划一次LEP的早期改革,从1989年开始工作的(50+50)GeV1号机改为(100+100)GeV的LEP2号机,这种最好的改革需要,将代替加速的射频空穴。在发展所需的超导空穴方面已经有了巨大的进展,它们中的某一些甚至将包括在LEP1中。
斯科珀的声明,特别致使有关LEP2的能量的物理学讨论发生兴趣。这种在任何其他机上不能进行的但是可望兑现的研究将直接通过电 - 弱理论的基础偶合而产生W+W-对,还将给予另外更高次修正的检测。如果希格斯粒子还没有被看到,将只能通过如此高次的电 - 弱研究,使我们可能区分产生质量的待定的模型。关于LEP2的能量,可能要作更多的探讨,为超对称作用或某些可为现有粒子作基础的新的更重的结构继续进行研究。大会表示LEP将比在回答重要特殊问题之前具有更多的内容。
[Nature,1985年6月12日号]
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① 英谚“Look before you leap”有“深思熟虑而后行事”的意思,其中leap一词同LEP只有一个“a”字之差。作者巧妙地借用了这个谚语,说明对LEP应审慎从事。——译者
② 一种最近发现的新粒子,比中子约重六倍,是迄今发现的最重的粒子——译注。