日内瓦欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）最新研究结果表明，我们可能正在接近发现未知物理学的迹象。如果得到证实，这些线索将推翻统治粒子物理学50年的标准模型。研究结果表明，特定亚原子粒子在LHC中的行为与标准模型不符。
基本粒子是物质最基本的组成部分——无法再分割的亚原子粒子。四种基本力——引力、电磁力、弱力和强力——支配着这些粒子的相互作用。LHC是一个建在法瑞边境地下27公里长环形隧道中的巨型粒子加速器。其主要目的是寻找标准模型的裂缝，标准模型是我们对基本粒子和力的最佳理解，但并未解释引力或暗物质——构成宇宙约25%的不可见、未测量的物质。
在LHC中，两束反向运动的质子束被碰撞，以寻找未知物理学的线索。新结果来自LHCb，这是大型强子对撞机上一个分析这些碰撞的实验。结果源于研究亚原子粒子B介子的衰变——一种转变。我们研究了这些B介子如何衰变成其他粒子，发现这种衰变的具体方式与标准模型的预测不符。
标准模型建立在20世纪物理学两大变革性进展之上：量子力学和爱因斯坦的狭义相对论。物理学家可以将LHC等设施的测量结果与基于标准模型的预测进行比较，以严格检验该理论。尽管我们知道标准模型不完整，但在超过50年日益严格的测试中，粒子物理学家仍未找到该理论的裂缝——直到现在，可能有了。
我们的测量结果已获《物理评论快报》接受发表，显示与标准模型预期存在四个标准偏差的张力。用现实世界的话说，这意味着在考虑了实验结果和理论预测的不确定性后，如果标准模型正确，数据中出现如此极端随机波动的概率仅为1/16000。虽然这未达到科学的黄金标准——即五西格玛或五个标准偏差（约1/170万的概率）——但证据正在累积。
为这一引人入胜的叙述增添分量的是独立LHC实验CMS在2025年初公布的结果。虽然CMS结果不如LHCb精确，但两者吻合良好，加强了论证。我们的新结果来自对一种特定过程的研究，称为电弱企鹅衰变。术语“企鹅”指的是短寿命粒子的一种特定衰变（转变）。在这种情况下，我们研究B介子如何衰变成其他四个亚原子粒子——一个Kaon、一个π介子和两个μ子。发挥一点想象力，可以将所涉及粒子的排列想象成企鹅形状。关键是，对这种衰变的测量让我们研究一种基本粒子——底夸克——如何转变为另一种——奇异夸克。
这种企鹅衰变在标准模型中极为罕见：每百万个B介子中，只有一个会以这种方式衰变。我们仔细分析了这些粒子在衰变中产生的角度和能量，并精确确定了该过程发生的频率。我们发现对这些量的测量与标准模型预测不符。
对这类衰变的精确研究是LHCb实验的主要目标之一，自实验开始以来一直如此。