文|海员老余
编辑|海员老余
前言粒子物理又称高能物理是研究构成整个宇宙基本粒子的性质、相互作用、相互转化规律的学科，是目前研究物质内部结构规律的最前沿学科，当前研究认为人们所认识的宇宙世界由原子和其他基本粒子组成原子则是由原子核与电子组成而质子和中子是夸克和胶子构成的。
在标准模型中基本粒子分为4类分别是夸克、轻子、中间玻色子和希格斯粒子，尽管标准模型是粒子物理学的基石但它仍然存在一些未解之谜，科学家们将继续尝试发现标准模型之外的新粒子，如暗物质或新的基本粒子以填补标准模型的空白，其中中间玻色子起着媒介作用通过规范作用控制着基本粒子间的强、电磁和弱相互作用。
新粒子物理探测所有的基本粒子通过与希格斯粒子发生相互作用而获得质量，因此希格斯粒子被称为上帝粒子，物理学是一门实验科学任何理论都需要实验验证标准模型的理论得到了精确的实验检验，对撞机希格斯粒子完成了粒子标准。
模型最后一块拼图同时也表明标准模型是成功的规范对称理论，然而标准模型目前有许多悬而未决的问题如暗物质、暗能量、宇宙中正反物质不对称、希格斯粒子质量的精细调节等问题。
因此标准模型的高精度检验和新物理的探寻是后希格斯时代粒子物理学界的主要研究内容，2017年高能物理领域也是围绕上述2个方面前进的，本文从标准模型的精确检验与新物理的直接探测、重味物理、强子物理、中微子物理及暗物质，探测5个方面介绍2017年粒子物理学的重要进展。
尤其是电弱物理和希格斯物理部分从而判定希格斯粒子是否是标准模型粒子，2017年的对撞能量调整至大探测器各采集了对撞事例的数据，实验科学家通过分析过程以及确定希格斯粒子的性质及与其他基本粒子的耦合常数，结果该标量粒子越接近标准模型所预言粒子。
借助于大量的数据粒子的质量、温伯格角、顶夸克质量等电弱参数进行了精确测量，这些测量有助于进一步了解标准模型，需要说明的是目前的数据仅占期望数据的2%，随着数据的累计上述测量的精度会进一步提高除精确检验标准模型外另一重任是直接寻找新粒子。
如超对称理论所预言的超伙伴粒子，2017年实验组对重中微子、矢量型夸克、高维度粒子、复合粒子、甚至暗物质粒子等进行了全方位搜索非常遗憾，2个实验组尚未找到上述粒子存在的直接证据，这些无迹象的实验结果也促使高能物理学家展开新一轮的模型新物理研究。
重味物理破坏通常情况下将夸克、底夸克称为重味夸克，重味物理中正反中性重味介子可以通过箱图进行相互转化继而发生混合，使得中性重味介子在飞行过程中变身为自身的反粒子，对于中性重味介子实验上测量到的是二者混合后的质量本征态。
实验上测量介子的质量本征态质量差除了标准模型的粒子外，新物理粒子也可以通过箱图影响二者的质量差，甚至部分新物理模型的中性粒子可以通过树图直接对质量差产生贡献，因此的精确测量可以对新物理模型给出很强的限制除了中性介子可以发生振荡外。
在某些重子数破坏新物理模型如宇称破缺的超对称模型框架下，正反重子之间也可以产生混合和振荡，2017年合作组首次对振荡进行了测量但是并没有观测到振荡迹象，希望未来高精度的实验能对重子混合给出精确测量，2001年介子工厂就己经在介子非轻衰变中发现了破坏现象。
2016—2017年实验组开始在重味重子衰变和重介子多体衰变中寻找破坏信号，2017年科学家首次在重子衰变过程中发现破坏信号，这是人类首次在重子衰变中观测到CP破坏现象，此外多体衰变中也存在较大的破坏然而涉及到较多的共振态和非微扰贡献。
随着实验精度和亮度的提高尤其是大型强子对撞机的运行，在物理中发现部分实验结果与标准模型的预言存在较大偏差列举了目前实验与理论比较后出现的各种偏差，可以看出最大的偏差其中关联后偏差的置信度可达到，这是当前粒子物理中实验与标准模型理论出现偏差。
在标准模型下重夸克对称性保证理论预言误差较小，在树图过程中出现大偏差意味着新物理粒子可能出现在量级，为解释这个反常理论上提出了许多方案如引入新的以及更多的带电希格斯粒子等，目前还没有一个理论完全使人信服，标准模型中味道改变中性流衰变过程。
在树图层次上是严格禁戒的只有在圈图企鹅图层次上才能发生，除了标准模型的粒子外新物理中的大质量粒子也可能以“虚粒子”形式进入圈图，随着实验精度的不断提高味道改变中性流衰变过程成为重味物理研究新物理的前沿阵地以来实验组测量所得到的。
为了解释上述现象理论物理学家同样构建了破坏轻子普适性的新物理理论，如家族非普适的模型需要说明的是理论上构造的这些模型所预言的新粒子在上至今都没有被直接发现，其他的反常也被认为是新物理存在的迹象。
量子色动力学与强子对于质子或中子3个夸克遵循精细计算的轨迹彼此绕转，但是双重夸克重子不同它的行为更像是一个行星系统，其中2个重夸克类似于2个重星相互绕转而轻夸克的轨道则围绕双星系统转动，研究性质有助于建立关于由2个重夸克和1个轻夸克组成的系统如何运转理论。
除了介子和重子之外称其他夸克结构为奇特强子，合作组在正电子对撞机上发现了，该粒子质量非常接近于阈值衰变宽度比其他可通过强衰变的粒子窄很多，它被理论学家解释为分子态、四夸克态等，近年来高能物理实验学家在和中国实验上陆续发现许多奇特强子态。
2013年合作组分别独立发现了带电的粒子，它既含有正反粲夸克对又含有带电的轻夸克对最低阶展开就存在4个夸克，因此相比起夸克模型中的强子肯定奇异的，2017年合作组利用挑选出来的6000多个事例，通过分波分析的方法拟合数据测定的自旋宇。
新强子态的寻找与物理性质的测定让科学家对量子色动力学和夸克模型进行更加深入地研究，最初认为质子是组成它的3个夸克的总和，但弹性散射实验结果却显示夸克仅能解释质子自旋的小部分。
该现象被称为质子自旋危机由于质子内的夸克是被胶子捆绑在一起，科学家认为或许胶子也对质子自旋起贡献但是得不到理论支持，2017年研究小组使用了上亿小时的资源历经2年的数值模拟、数据分析和理论计算，完成了目前最精确的关于质子中胶子自旋贡献的格点色动力学数值模拟，模拟结果证实胶子自旋约为质子自旋该结果与目前实验的结果一致。
研究将有助于科学家进一步研究质子内部复杂的动力学，微子物理中微子共有3种分别是电子型中微子、μ型中微子、τ型中微子是自然界中的基本粒子，微子的质量比其他粒子轻许多且很难同其他物质发生相互作用，因此科学家至今还无法精确测量它们的质量。
由于中微子是中性粒子目前还无法判定中微子的反粒子是否是其自身，如果是微粒子意大利实验目前正在利用中微子双β衰变进行判断，目前还没有看到粒子信号中微子的质量本征态和味道本征态不一致导致中微子可以出现混合通过幺正矩阵。
微子混合意味着不同味道的中微子在传播过程中会相互转化，这种现象称为中微子震荡，理论计算显示中微子振荡由矩阵和中微子质量差共同决定，矩阵有6个参数3个混合角相角仅在中微子是粒子时才有物理意义，微子质量一般记为m1、m2和m3其质量差。
2016年中国大亚湾中微子实验的精度提高到4%现在仍然是世界最精确值，2017年实验在68%的置信度下测得，此外微子质量顺序也是未知的和日本超级神冈实验的大气中微子数据都倾向于正的质量顺序，即m1<m2<m3但是置信度并不高微子中的CP破坏也是研究热点之一。
自2011年起实验上探测到的反应堆中微子数目低于理论模型的预期值被称为反应堆中微子反常，理论学家认为该反常的起因是部分中微子在传播过程中转变成了不可探测的惰性中微子，2017年大亚湾实验组利用超过200万个中微子事例。
通过比较不同核燃料成份时的中微子数目推算各个同位素的中微子产额，实验发现核燃料中最主要的成分铀产生的中微子数目与模型预期不一致，主流理论模型的预期比实际观测高了8%，因此认为反应堆中微子反常很可能是理论模型对微子产额计算不正确所致，而不是由于存在“惰性中微子”。
作为宇宙中约占27%的暗物质其物理性质仍旧是一个未解之谜，理论物理学家提出很多暗物质模型预言一些超出标准模型的暗物质候选粒子以及暗物质和普通物质之间存在某种新型相互作用，为此实验物理学家开展了一系列的暗物质探测实验包括直接探测太阳系附近的暗物质粒子和地球上原子碰撞信号。
如中国实验间接探测宇宙中暗物质粒子湮灭或者衰变的产物，中国暗物质卫星实验和美国实验以及对撞机探测高能粒子对撞产生暗物质，这3种探测模式相互独立并且相互验证力求全面覆盖暗物质可能存在的参数空间，2017年暗物质探测研究取得了重要进展。
直接探测实验方面位于中国锦屏地下实验室级液氙实验进一步优化实验，继续采集和分析实验数据推进暗物质探测灵敏度，先后发表了自旋相关的暗物质和普通物质相互作用的限制，轴子的物理限制暗物质和普通物质非弹性散射相互作用等多个结果。
在国际粒子天体物理大会上发布了世界最大的暗物质探测曝光量的数据分析结果，给出了最低暗物质与质子、中子的自旋无关相互作用截面上限为对应暗物质质量，在暗物质质量大于的大质量区间给出了目前国际上最强的测量限制结论与展望。
2017年高能物理学家在各个研究方向继续努力持续推进了各方面的认知前沿，加速器物理方面利用大型强子对撞机全方位继续检验标准模型并寻找新物理，目前尚未发现新物理存在的直接信号，但是在重味物理中发现了反常利用大型强子对撞机和北京正负电子对撞机在强子物理方面积极探索。
非加速器物理方面一方面是开展中微子研究，另一方面是暗物质的直接探测和间接探测，目前给出了暗物质质量测量限制和部分可疑信号但还需要更多数据来研究暗物质，此外高能物理学家在未来环形正负电子对撞机、超级工厂和超级Z工厂项目预研做了许多前瞻性工作高能粒子物理学界始终为实现重大突破而积极准备着。
笔者认为粒子物理学是物理学的一个分支领域，主要研究构成宇宙的基本微观粒子及它们之间的相互作用，该领域探索宇宙最基本的组成部分和它们之间的力和相互作用包括了电子、质子、中子等基本粒子以及更加微观的粒子如夸克、轻子等。
粒子物理学的研究需要运用高能粒子加速器和粒子探测器等高技术手段，以揭示更加微小和深奥的宇宙奥秘粒子物理学领域在未来将继续是科学探索的热点，通过不断突破和创新我们有望深入了解宇宙的本质和演化过程，为人类认识宇宙和技术发展做出更大的贡献。
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