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測量夸克質量新方法來襲 “死錐效應”揭示粲夸克質量
發(fā)布日期： 2022-05-23 11:41:52 來源： 科技日報

據(jù)歐洲核子研究中心官網近日報道，大型強子對撞機(LHC)上開展的大型重離子對撞機實驗(ALICE)首次直接觀測到了粒子物理學領域的一個基本效應——“死錐效應”，還直接揭示了粲夸克的質量。相關研究發(fā)表于最新一期《自然》雜志，有望為科學家們提供一種測量夸克質量的新方法。

“死錐效應”是強力理論的一部分。強力是將夸克和膠子結合成質子、中子并最終形成原子核的作用力，是宇宙中已知四種基本力之一，另外三種分別是引力、電磁力和弱力?？淇耸强茖W家認為不能再分割的一種基本粒子，目前已知的夸克包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、底夸克和頂夸克6種。

夸克和膠子統(tǒng)稱部分子，在LHC等裝置內進行的粒子碰撞中產生。部分子被制造出來后，會經歷一系列被稱為部分子簇射的事件，部分子以膠子的形式發(fā)射輻射而失去能量(膠子也會發(fā)射膠子)。簇射的輻射模式取決于發(fā)射膠子的部分子的質量，并顯示了部分子飛行方向周圍的一個區(qū)域，在該區(qū)域內膠子的發(fā)射受到抑制，這就是所謂的“錐區(qū)”。

30年前，根據(jù)強力理論的第一性原理，科學家在粒子對撞機內間接觀測到了“錐區(qū)”，但通過部分子簇射的輻射模式直接觀察它仍然極具挑戰(zhàn)性，主要原因在于：錐區(qū)可被發(fā)射的部分子轉換成的粒子填充，且很難確定部分子在整個簇射過程中的變化方向。

在最新研究中，ALICE合作組織通過將最先進的分析技術應用于LHC上的質子—質子碰撞數(shù)據(jù)，克服了這些挑戰(zhàn)。這些分析技術可通過最終產物，也就是留在ALICE探測器內的粒子噴射留下的信號回溯部分子簇射的情況。研究人員將粲夸克的膠子發(fā)射模式與膠子和幾乎無質量夸克的膠子發(fā)射模式進行比較，發(fā)現(xiàn)粲夸克的模式中存在一個“錐區(qū)”。這一結果還直接揭示了粲夸克的質量，因為理論預測無質量粒子沒有相應的“錐區(qū)”。

研究人員指出：“夸克質量是粒子物理學領域的基本量，但它們不能在實驗中直接獲得，因為除頂夸克外，其他夸克被限制在復合粒子內，最新研究或為我們提供一種測量夸克質量的方法。”(科技日報記者 劉霞)

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