LHC首次直接观测到“死锥效应”,有望提供夸克质量测量新方法

2022-05-23 09:01:50     来源:科技日报


部分子簇射中的粲夸克(c)通过发射胶子(g)而失去能量。簇射在粲夸克周围显示一个抑制辐射的死区,其角度小于夸克的质量(m)和能量(E)之比。图片来源:欧洲核子研究中心官网

   科技日报记者 刘霞

据欧洲核 子研究中心官网近日报道,大型强子对撞机(LHC)上开展的大型重离子对撞机实验(ALICE)首次直接观测到了粒子物理学领域的一个基本效应——“死锥 效应”,还直接揭示了粲夸克的质量。相关研究发表于最新一期《自然》杂志,有望为科学家们提供一种测量夸克质量的新方法。

“死锥效应”是强力理论的一部分。强力是将夸克和胶子结合成质子、中子并最终形成原子核的作用力,是宇宙中已知四种基本力之一,另外三种分别是引力、电磁 力和弱力。夸克是科学家认为不能再分割的一种基本粒子,目前已知的夸克包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、底夸克和顶夸克6种。

夸克和胶子统称部分子,在LHC等装置内进行的粒子碰撞中产生。部分子被制造出来后,会经历一系列被称为部分子簇射的事件,部分子以胶子的形式发射辐射而 失去能量(胶子也会发射胶子)。簇射的辐射模式取决于发射胶子的部分子的质量,并显示了部分子飞行方向周围的一个区域,在该区域内胶子的发射受到抑制,这 就是所谓的“锥区”。

30年前,根据强力理论的第一性原理,科学家在粒子对撞机内间接观测到了“锥区”,但通过部分子簇射的辐射模式直接观察它仍然极具挑战性,主要原因在于:锥区可被发射的部分子转换成的粒子填充,且很难确定部分子在整个簇射过程中的变化方向。

在最新研究中,ALICE合作组织通过将最先进的分析技术应用于LHC上的质子—质子碰撞数据,克服了这些挑战。这些分析技术可通过最终产物,也就是留在 ALICE探测器内的粒子喷射留下的信号回溯部分子簇射的情况。研究人员将粲夸克的胶子发射模式与胶子和几乎无质量夸克的胶子发射模式进行比较,发现粲夸 克的模式中存在一个“锥区”。这一结果还直接揭示了粲夸克的质量,因为理论预测无质量粒子没有相应的“锥区”。

研究人员指出:“夸克质量是粒子物理学领域的基本量,但它们不能在实验中直接获得,因为除顶夸克外,其他夸克被限制在复合粒子内,最新研究或为我们提供一种测量夸克质量的方法。”


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