費米實驗室通過弱核力成功生成s-通道單頂夸克

2020-11-26 人民網

原標題：費米實驗室通過弱核力成功生成s-通道單頂夸克

　　上圖表顯示了s-通道單頂夸克的產生過程：在Tevatron粒子加速器中，來自注入質子的夸克和來自注入反質子的反夸克相互作用，形成一個質量更大的W玻色子；W玻色子隨即衰變成一個頂夸克和一個反底夸克，並被CDF和Dzero兩個實驗小組探測到。

　　費米國家加速器實驗室供圖

　　科技日報訊 （記者陳丹）夸克是比質子、中子更微小的物質組成基本粒子，但它們並不會自然、獨立地存在於自然界中，只有當粒子（電子或質子）以接近光速發生碰撞時，才有可能被製造出來，並且轉瞬又會衰變成其他物質。美國能源部費米國家加速器實驗室的CDF和Dzero兩個實驗小組日前共同宣布，他們已經觀察到了創建一個頂夸克的最罕見方式——通過弱核力生成s-通道單頂夸克。這項發現有助於科學家們完整地了解頂夸克的「面貌」。

　　頂夸克是最重、最令人費解的基本粒子之一。它們的重量甚至超過了希格斯玻色子，幾乎與一個金原子相當。在6種夸克中，頂夸克是最後被找到的，迄今只有兩臺機器曾經創建過它們：費米實驗室的Tevatron粒子加速器和歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）。按照粒子物理標準模型這一理論框架的預測，有幾種方式可以產生頂夸克，其中最常見也是首先被觀察到的方式就是：在粒子碰撞事件中，通過強核力創建出由一個頂夸克和它的反物質反頂夸克組成的對子。

　　在碰撞中通過弱核力產生單頂夸克非常罕見，對這一過程的探測也最具挑戰性，而這也是Tevatron粒子加速器的終極目標之一。據物理學家組織網2月25日(北京時間)報導，兩個實驗小組的科學家對Tevatron粒子加速器在2001年至2011年間開展的超過500萬億次質子—反質子對撞實驗所獲得的數據進行了分析和篩選，最終確認在大約40次粒子對撞中，弱核力產生了與單底夸克成對的單頂夸克。

　　尋找單頂夸克的難度猶如大海撈針：在500億次粒子加速器碰撞事件中，只有一次會產生s-通道單頂夸克。科學家僅從中選定了一小部分，將它們從背景中分離出來，這也是為什麼在這一特定通道觀測到的數量如此之少的緣故。不過，數據的統計顯著性對於宣布一項發現已是綽綽有餘。

　　CDF和Dzero兩個實驗小組是在2009年首次觀察到粒子對撞中由弱核力產生單頂夸克的。這一結果後來獲得了大型強子對撞機實驗的證實。「這是一個重要的發現，為標準模型提供了一個有價值的補充。」美國能源部高能物理科學分部副主任詹姆斯·西格裡斯特說。

　　 總編輯圈點

　　每個中子或質子，都由三個夸克組成。夸克之間感情真摯，難捨難分。夸克間的距離稍微拉開一點，一股巨大的力量就會拽它們回來。因此，需要很強大的撞擊，才有可能扯開它們的手。而從弱核作用（類似於衰變概念）產生夸克，更是500億次碰撞才發生一回的特殊事件，比鐵樹開花還要稀奇。虧得有超級計算機幫忙篩查數據，光憑人力哪能有此發現？想要一窺世界基本結構的奧秘，可真費事啊。

(來源:科技日報)

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