三个独立的实验结果同时指向了“新物理”？

为了让我们身处的物理世界变得更加可以理解，科学家一直致力于发现支配万物背后的理论和原理。在过去的70多年中，科学家在粒子物理学领域的不断探索，发展了一个优美而简明的理论，称为标准模型。标准模型描述以及预测了除引力外所有已知粒子和基本相互作用的行为。

在这些已知的粒子中，有三个带电轻子：电子（发现于1897年）、μ子（发现于1937年）和 τ子（发现于1975年）。这三种粒子的性质完全相同，μ子和 τ子只是电子更重的版本，比如 μ子的质量约为电子的200倍，τ子则更重的多。质量的不同意味着它们的寿命也非常不同：电子很稳定，μ子的平均寿命为2.2微妙，而τ子的寿命只有0.29皮秒。

△ 标准模型中的基本粒子：三代轻子（上）和三代夸克（下）。轻子不参与强相互作用，分为两类：带电轻子（e、μ和τ）和中性轻子（三种中微子ν）。

物理学家发现，电子可以做其它两种粒子能做的一切事情，就好像 μ子和 τ子是多余的。以至于当 μ子第一次在宇宙射线中被发现的时候，著名的实验家Isidor Rabi怒道：“是谁订的 μ子？” 物理学家把这三种粒子描述为一个大家族的三代，然而，在我们所观测的世界中，似乎只需要第一代的电子就足够了。为什么会有三代？这个家族问题是当今物理学最大的困惑之一。除此外，标准模型还有许多无法解释的问题（比如暗物质），因此当今物理学家的一直致力于发现超越标准模型的新物理。

在标准模型中，有一个基本假设是，尽管这些带电轻子的质量和寿命（衰变率）不一样，但它们的相互作用是完全一样的。这被称为轻子普适性。物理学家精密测试了牵涉到电子和μ子的衰变过程，没有发现任何违反该假设的迹象，但是近来对质量更大的 τ轻子的研究则挑战了该理论。

△ 标准模型中的B介子衰变过程（衰变产物l=e、μ或τ）

△ 标准模型中的B介子衰变过程（衰变产物l=e、μ或τ）。科学家在B介子的纯轻子衰变(a)和半轻子衰变(b)的研究中，或许发现了违反轻子普适性的现象。（图片来源：G.Ciezarek et.al）