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铅离子相互对撞中观测到顶夸克

2024-11-20 09:53     来源:科技日报     强子对撞机 原子核相 核技术大型强子对撞机原子核粒子物理

铅离子-铅离子对撞艺术图。图片来源:ATLAS合作组

据欧洲核子研究中心官网16日报道,大型强子对撞机(LHC)超环面仪器实验(ATLAS)合作组报告称,他们在铅离子-铅离子对撞中观察到了顶夸克。这一结果的统计显著性为5倍标准差,达到了粒子物理学宣布某一研究为“发现”所需标准。

研究团队表示,这是首次在原子核相互作用中观察到顶夸克的产生,为研究夸克-胶子等离子体(QGP)打开了一扇新窗户。

理论认为,在宇宙大爆炸后的极短时间内,QGP曾短暂地“主宰”整个宇宙。在QGP内,质子和中子的基本组成部分夸克和胶子没有被束缚在粒子内部,而是形成了一种几乎完美的稠密流体。对QGP开展研究,有助更好地揭开宇宙早期的神秘面纱。

然而,在铅离子-铅离子对撞等重离子对撞中产生的QGP的“寿命”极短,仅为约10-23秒,难以直接观测。对此,物理学家通过研究在这些对撞中产生并穿越QGP的粒子,以探究QGP的属性。

作为已知最重的基本粒子,顶夸克衰变为其他粒子的速度,比形成QGP所需时间快一个数量级。因此,顶夸克的衰变及其衰变产物与QGP相互作用之间的延迟,可作为“时间标记”,为研究QGP的时间动力学提供独特机会。

最新研究中,ATLAS合作组精心分析了LHC第二轮运行期间、对撞能量为5.02太电子伏特的铅离子-铅离子碰撞的数据。最终在“双夸克通道”中,成功捕捉到顶夸克的“身影”。在“双夸克通道”中,顶夸克先衰变为底夸克和W玻色子,这些产物又衰变为电子或缪子及相关的电子中微子或缪子中微子。

团队表示,强力是将质子、中子和其他复合粒子结合在一起的力,最新研究也有助他们进一步揭示强力的性质。



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