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欧美实验室强强联手 测出迄今最精确顶夸克质量 知识

2019-10-18 23:04      点击:

原标题 两大粒子对撞机实验室强强联手 科学家测出迄今最精确的顶夸克质量

科技日报讯 欧洲核子研究中心与美国费米国家实验室3月19日在一个国际物理学会议上联合宣布,科学家们通过欧洲大型强子对撞机实验与美国万亿电子伏特加速器实验,已成功测出目前最为精确的顶夸克质量。

夸克是构成物质的基本单元,由比质子、中子更微小的物质组成。顶夸克则是科学家最后发现的一种夸克,被认为是了解宇宙本质的最重要工具之一。顶夸克只在宇宙大爆炸初期的几分之一秒内以自然状态存在过;而顶夸克出现后,会在观察者还来不及眨眼的瞬间就衰变为其他;顶夸克也是目前发现最重的夸克,质量超过质子的100倍——其巨大的质量注定了只有很大的能量才能使其产生,譬如借助Tevatron及LHC这一等级的人造粒子加速器的力量。

1994年4月6日,正是美国费米实验室利用Tevatron首次发现了顶夸克的存在,在欧洲LHC诞生前,它也是唯一有能力使顶夸克“现身”的仪器。2009年LHC开始运行后,制造了接近一千八百万个顶夸克事件,以此成绩跃居为全球领先的“顶夸克工厂”。

据物理学家组织网报告称,此次精确测定的顶夸克质量,是欧洲大型强子对撞机与美国万亿电子伏特加速器国际科研团队完成的首个合作成果。在此之前,利用两大对撞机进行的4项不同的强子对撞实验项目——超导环场探测器、CDF探测器、紧凑缪子线圈与DZero探测器均测出了顶夸克质量,但各自测量顶夸克衰败的路径不同。两大机构科学家在汇集并分析了实验数据后,排除了其中的不确定性,将顶夸克质量精确为173.34±0.76GeV/c2。

此次对顶夸克质量的精确测量,将可保证进一步验证并描述顶夸克、希格斯玻色子与W玻色子间量子联系的数学框架,科学家们也将在此基础上寻找新物理的“暗示”,即能更好理解宇宙本质的新理论。

四个实验的合作共有来自五十多个国家超过六千名科学家参与其中,费米实验室主任奈杰尔·洛克耶说,该成果乃领域内国际合作的一个极好范例。欧核中心总干事罗尔夫·豪雅则表示,正是实验性的合作和实验室之间的竞争激励了科学家,推进了我们对宇宙的认知。

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就在科学家们为听到了“宇宙的第一声啼哭”而惊喜不已之时,顶夸克的质量得以更加精确地测量无疑是“锦上添花”。尽管一般人既感觉不到顶夸克的存在,也不会因为它生活受到影响,但却可以协助科学家回溯宇宙的初始阶段,进而了解宇宙由过去到未来的演化历程。6000名科学家齐心协力才得到的精确数据,或将成为揭开宇宙之初“神秘面纱”的一大砝码。