與標準模型預測一致！對撞機新發現：頂夸克對中電荷不對稱的證據

2020-10-18 博科園

阿特拉斯實驗（ATLAS）研究的最有趣粒子之一是頂夸克。作為已知最重的基本粒子，頂夸克在粒子物理學標準模型中發揮著獨特的作用，也許在超越標準模型的物理中也是如此。在歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)的運行過程中，質子束在質心能量為13tev情況下發生高亮度的碰撞。這使得阿特拉斯能夠探測和測量涉及頂夸克反頂夸克對的空前數量事件，為阿特拉斯的物理學家，提供了一個獨特機會來深入了解頂夸克性質。

由於參與產生粒子之間存在「偷偷摸摸」的幹涉，在ATLAS探測器中，頂夸克和反頂夸克質子束方向產生的量並不相等。相反，頂夸克優先在LHC碰撞中心產生，而反頂夸克優先在較大角度產生。這就是所謂的「電荷不對稱」。電荷不對稱類似於費米實驗室Tevatron對撞機測量到的一種現象，被稱為「前後」不對稱。在Tevatron，對撞光束分別由質子和反質子組成，這導致頂夸克和反頂夸克以非中心的角度產生，但方向相反。觀察到前後不對稱，與改進的標準模型預測相一致。

LHC中電荷不對稱的影響預計非常小(< 1%)，因為質子中產生的膠子(強作用力載體)散射形成的頂夸克對，主要生產模式不顯示電荷不對稱。殘餘不對稱只能由包含夸克更複雜的散射過程產生。然而，幹擾已知生產模式的新物理過程可能導致更大(甚至更小)值。因此，對電荷不對稱精確測量是對標準模型的嚴格檢驗。在頂夸克的研究中，它是最微妙、最困難但又最重要的性質之一。在比利時根特舉行的歐洲物理學會高能物理會議(EPS-HEP)上

一項新ATLAS結果展示了完整運行的2個數據集，用於測量一個通道中的頂反頂產物，其中一個頂夸克衰變為一個帶電輕子、一個中微子和一個強子「噴射」(強子的噴射)；其他衰變為三個強子噴流。分析完全包括強子射流合併在一起的事件(所謂的「增強拓撲」)。ATLAS發現了頂夸克對事件中電荷不對稱的證據，其顯著性為四個標準差。測量到的電荷不對稱性為0.0060±0.0015 (stat+syst.)，與最新標準模型預測一致的測量結果很有把握地表明，觀測到的電荷不對稱性為非零。

這是第一個使用完整運行2數據集的ATLAS top物理測量。經過幾十年的測量，新地圖集結果標誌著一個非常重要的裡程碑。數據集允許ATLAS測量電荷不對稱作為頂反夸克系統質量的函數。異常有效場論(EFT)耦合的結果界限，這些耦合參數化了新物理的效應，而這些效應是LHC無法直接產生的。這一新結果是阿特拉斯能力的另一個證明，研究微妙標準模型的影響具有很高的精度。觀測到與標準模型預測的一致性，為理解粒子物理學在能量前沿的困惑提供了又一塊拼圖。

博科園｜研究/來自：ATLAS Experiment

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