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本文参加百家号科学#了不起的天文航天#系列征文一个不同的平行“世界”的代表，它可能存在于多元宇宙的其他领域，或者理论物理学家可以虚构的任何其他地方。是否存在另一个宇宙？我们居住的宇宙，也就是从大爆炸开始就存在的宇宙，可能并不是唯一存在的宇宙。也许有一个是和我们同时被创造出来的，但是时间是向后而不是向前的。也许有无数的平行宇宙，由一个永远膨胀的宇宙产生。或者，就像最近媒体报道的那样，也许真的存在一个镜像宇宙，在那里，我们所知道的粒子被另一种奇异的粒子所取代：镜像物质。大多数涉及类似这样的平行宇宙的场景都是不可测试的，因为我们被限制在我们自己的宇宙中，与任何其他的宇宙都没有联系。然而，如果有一个特定的想法是正确的，那么可能会有一个实验等待我们的完成。但即使它产生了积极的结果，你也不应该相信它。为什么？从大爆炸余辉中以某种特定方式偏振的光将证明引力是一种内在的量子力。但是，将BICEP2声称的极化信号错误地归因于引力波是混淆信号与噪声的一个经典例子。当有一个实验或观察的结果，你不能用你目前的理论来解释，你必须把它记下来。不符合我们预期的可靠测量结果可能是零。比如：BICEP2合作组织声称探测到了来自膨胀的引力波，OPERA实验中声称比光还快的中微子在，或者几年前在大型强子对撞机上，双光子“撞击”被认为是新粒子存在的证据。在所有这些情况下，要么是研究团队分析的方式出现了错误，要么是将信号的组成部分归因于错误，要么是实验设置出现了错误，要么观察到的效应只是随机的统计波动。年的ATLAS和CMS双光子碰撞，在GeV左右明显相关。这一提示结果在大于3-sigma时是显著的，但随着更多的数据完全消失。这是一个统计波动的例子，它是实验物理学中容易使科学家误入歧途的“离题”之一。然而，有时确实有一些结果看起来令人困惑：如果宇宙以我们认为的方式运行，那么实验结果就不应该是我们想象的那样。这些结果往往是我们即将发现新物理学的预兆，但它们也常常是无用功。更糟糕的是，他们可能会变成哑弹，他们之所以看起来有趣，只是因为有人在某个地方犯了一个错误。也许介子的异常磁矩会把我们带到某个有趣的地方。也许来自LSND和MiniBooNe的奇怪中微子将预示着新物理学的到来。也许AMS实验检测到的无法解释的正电子过剩意味着我们即将检测到暗物质。费米实验室微型布恩实验方案。一束高强度的加速质子束被聚焦在一个目标上，产生的介子主要衰变为介子和介子中微子。由此产生的中微子束由微型布恩探测器表征。在所有这些情况下，以及其他许多情况下，重要的是要同时做好理论和实验工作。从理论的角度来看，这意味着要对新理论预测的预期信号与主流理论预测的背景信号有很强的定量理解。你必须理解你的新理论和它试图取代的理论应该产生什么样的信号。从实验的角度来看，这意味着理解你的背景/噪音，并寻找叠加在背景上的多余信号。只有将观测到的信号与预期的背景进行比较，并观察到明显的过量，才有希望进行鲁棒检测。只有当希格斯玻色子的证据具有一定的意义时，我们才能声称发现了确凿的证据。几年前CMS和ATLAS合作宣布了对希格斯玻色子的第一个健壮的5-sigma检测。但是希格斯玻色子在数据中并没有产生一个“尖峰”，而是由于其内在的质量不确定性而产生了一个扩展的凸起。它的质量是GeV/c^2，这对理论物理学来说是一个谜，但实验员不必担心，我们可以创造它，现在我们也可以测量和研究它的性质。我们可以非常肯定的是，大型强子对撞机年首次宣布的信号与希格斯玻色子标准模型的预测完全一致，因为随后的测量证实了它的预期性质，比最初的结果显示的精度更高。但还有其他一些信号要模糊得多。它们可能预示着新的物理学，但它们可能有更简单、更平凡的解释。一个明显的例子是DAMA/LIBRA实验，该实验旨在测量一个孤立探测器内发生的碰撞。如果暗物质在银河系中流动，那么当我们逆着暗物质的运动运动时，信号就会被放大，而当我们跟着暗物质运动时，信号就会减弱。你看，当我们做这个实验时，我们确实看到了一个年调制一致的信号。有一个真实的、鲁棒的信号，它表明DAMA暗物质探测器中发生的任何事情都会周期性地增加到峰值的%，并降低到峰值的98%，周期为一年。这是由于暗物质还是其他信号尚不清楚，因为这个实验无法解释其背景信号的来源和大小。现在，真正的问题是：这是暗物质的年度调制证据吗？尽管实验的支持者声称，我们不能说这是真的。我们看到的信号强度的大小是错误的，等于%的信号来自暗物质，或来自暗物质加上一个预期的背景。其他独立的实验则不支持暗物质对DAMA信号的解释。在我们理解背景的起源和组成之前我们不能声称我们理解它上面观察到的信号。不过，如果这能引出一个暗物质模型，并能由另一个独立的实验加以验证，那将是一件有趣的事情。虽然在这种情况下这还没有实现，但有另一个领域的研究可能会更有成果：中子，当你用两种不同的方式测量它们时，它们的寿命是不同的。中子衰变的两种类型(辐射衰变和非辐射衰变)。β衰变与α或γ衰变相反，如果您未能检测到中微子，则不会节省能量，但总是以中子转换为质子。如果你把一个中子从它起源的原子核中剥离出来，让它以自由粒子的形式存在，它就会衰变：平均寿命为秒。但如果你用对撞机产生中子，它也会衰变：平均寿命为秒。这种差异可能仍然是一个实验误差，一个非常不可能的统计波动，或者是信号分析或归属成分的一个基本问题。但我们不能假定其中一种解释一定在起作用。这很有可能是一种真实的物理效应，它是新物理学的先兆。能够解释这一现象的最有趣的想法之一是镜像物质的概念：除了基本粒子的标准模型，还有镜像粒子，它们的存在构成了镜像原子、行星、恒星等等。标准模型的粒子，质量(单位为MeV)在右上角。费米子构成了左边的三列；玻色子填入右边的两列。如果镜像物质的观点是正确的，那么这些粒子可能都有对应的镜像物质。这似乎是一个奇特的解释，但如果它是正确的，它应该适合于实验签名。具有镜像物质的宇宙的一个后果是，某些具有正确性质的粒子可能会振荡成与镜像物质等价的粒子。如果你有中子似乎凭空出现，或似乎凭空消失，或先消失后重新出现，这将为镜像物质的概念提供实验证据。最近有个新闻轰动一时，有几个实验正在进行中，试图寻找镜像物质与平行宇宙的融合。其中最令人兴奋的是橡树岭国家实验室的LeahBroussard，他们将中子射向一个应该能将它们全部阻隔的屏障，然后在另一边寻找中子。橡树岭国家实验室的LeahBroussard博士说，在那里寻找到达屏障另一边的中子可能表明了镜像物质的存在。只有当中子在与势垒发生相互作用之前转变成镜像中子，然后在与探测器发生碰撞之前转变回来，你才会在另一边发现中子。实验应该很简单。这一切都归结为：我们能让中子穿过一堵墙吗?答案是，如果你的墙够厚的话，应该是“不”。找到它们，你就发现了镜像物质的存在。但是这种方法很容易与我们前面提到的实验问题相冲突。这种情况以前也发生过：在寻找冷聚变的支持下，电化学细胞试图使氘与钯发生反应。许多自由中子被探测到，这就产生了冷聚变被观测到的说法。年，科学家斯坦利·庞斯(左)和马丁·弗莱施曼(右)在国会作证，展示他们关于冷聚变的有争议的工作。尽管他们相信他们所看到的是一个真正的融合信号，但他们的结果无法被复制，随后的研究也未能得出一致的结果。人们的共识是，这些科学家，以及许多从事这一课题的其他电化学家，进行了不充分的定量分析。当然，还没有观察到冷聚变;该小组在以数量方式说明他们的背景方面做得不够。如果橡树岭的团队也犯了同样的错误，很容易看出这会导致什么结果。在没有打开中子束的情况下进行实验，这样你就有了基本的背景。用中子束做实验，它会给你之前看到的背景加上一个信号。观察您收集的每个数据点，以发现第一个实验和第二个实验的某些方面的统计上的显著差异。报告任何阳性结果，作为镜像物质存在的信号。尽管有很多很多可以想象的解释来解释为什么你的实验结果不能给出相同的结果，数据运行时，光束是开着的还是关着的。当量子粒子接近势垒时，它会与势垒发生最频繁的相互作用。但是有一个有限的概率，不仅反射出势垒，而且穿过势垒的隧穿。除了隧道效应，中子也有可能产生大量的粒子，产生介子或中微子，它们会相互碰撞，在屏障的另一边产生中子，或者随机的放射性衰变会在探测器中产生中子。这里潜伏着巨大的危险。当你在大范围的能量范围内寻找统计异常值时，你预计5%的数据点会显示2，0.3%会显示3，而0.01%会显示4。搜索的粒度越大，就越有可能将波动误认为信号。这还不包括可能的污染源，如介子、中微子、中子碰撞产生的次级粒子或放射性衰变产生的中子。毕竟，通过直接探测寻找暗物质的研究表明，所有这些来源都很重要。我们的目标不仅仅是得到一个信号，而是得到一个可以在噪音背景下被理解的信号。勒克斯探测器背景的预期效应，包括放射性物质丰度如何随时间衰减。勒克斯所看到的信号仅与背景一致。随着元素随时间的衰减，反应物和产物丰度发生变化。任何时候，当你从实验中得到一个积极的信号，你不能简单地把这个信号的表面值。信号只能与实验的噪声背景相联系才能被理解，而噪声背景是促成实验结果的其他所有物理过程的组合。除非你对这个背景进行量化，并理解构成最终信号的所有东西的来源，否则你不能指望得出这样的结论你发现了一种新的自然现象。科学每次只进行一项实验，而在任何时候评价我们的理论都必须考虑到它所提供的一整套证据。但是，没有什么比指向一个在不甚了解的背景下提取的新信号的实验更大的错误信号了。在推动我们的科学前沿的努力中，这是一个需要最高水平的怀疑审查的领域。镜像物质，甚至镜像宇宙可能是真实存在的，但如果你想做出这个非凡的论断，你最好确保你的证据同样非凡。

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