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大型强子对撞机帮助找到了一种测量夸克质量的新方法

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大型强子对撞机上的 ALICE 实验首次直接测量了被称为“死锥”的现象,让物理学家能够直接测量基本粒子——魅夸克的质量。

构成我们周围可见宇宙的许多粒子实际上是由被称为夸克的威力较小的基本粒子构成的组成粒子。 例如,质子和中子各包含三个夸克。 夸克有六种不同的“味道”——上夸克、下夸克、上夸克、下夸克、奇异夸克和迷人夸克——每一种都有不同的质量、自旋和其他量子特性。 夸克的不同组合形成不同的粒子。 夸克通过一种称为胶子的无质量粒子传递的力在这些组成粒子中结合在一起。 夸克和胶子统称为部分子。

位于瑞士日内瓦附近的 CERN 的大型强子对撞机通过 27 公里长的隧道将具有强磁场的质子加速到 6,8 TEV 的能量,然后它们相互碰撞。 碰撞的结果是形成了其他粒子的级联,这些粒子本身会发射或衰变成更多的粒子,依此类推,这可以阐明基础物理学的各个方面。

大型强子对撞机

特别是,夸克和胶子在称为部分子流的级联中产生和释放,其中夸克释放胶子,而胶子本身可以释放其他能量较低的胶子。

从事 ALICE 项目(大型离子对撞机实验)的科学家分析了三年的质子-质子碰撞数据,以找到死锥存在的证据。 根据量子色动力学或 QCD 理论,死锥体是一定质量和能量的部分子不能发射胶子的区域。 “直接观察死锥非常具有挑战性,”ALICE 发言人 Luciano Musa 在一份新闻声明中说。

部分困难在于死区可能充满质子与质子碰撞中产生的其他亚原子粒子,并且跟踪部分子在流动中的运动并不容易,因为它不断改变方向。

为了解决这个问题,科学家们开发了一种方法,通过这种方法,他们能够及时倒回 parton 流的记录,从而确定流的副产品释放的地点和时间。 特别是,他们寻找涉及迷人夸克的流动。 通过解剖它们,科学家们在部分子流期间发出的胶子辐射模式中发现了一个胶子辐射被抑制的区域。 这是一个死锥体。

这一发现很重要,不仅因为它证实了 QCD 预言,还因为现在可以直接测量迷人夸克的质量,根据理论和间接测量,该夸克的质量为 1,275+/-25 MeV/c^2 . 根据QCD,死锥与部分子质量直接相关,没有质量的粒子不能形成死锥。 死锥的发现可能为夸克物理学的新时代铺平道路。

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