科技日報(bào)訊 （記者陳丹）夸克是比質(zhì)子、中子更微小的物質(zhì)組成基本粒子，但它們并不會自然、獨(dú)立地存在于自然界中，只有當(dāng)粒子（電子或質(zhì)子）以接近光速發(fā)生碰撞時(shí)，才有可能被制造出來，并且轉(zhuǎn)瞬又會衰變成其他物質(zhì)。美國能源部費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室的CDF和Dzero兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組日前共同宣布，他們已經(jīng)觀察到了創(chuàng)建一個(gè)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(xiàng)發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家們完整地了解頂夸克的“面貌”。
頂夸克是最重、最令人費(fèi)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(gè)金原子相當(dāng)。在6種夸克中，頂夸克是最后被找到的，迄今只有兩臺機(jī)器曾經(jīng)創(chuàng)建過它們：費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron粒子加速器和歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）。按照粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型這一理論框架的預(yù)測，有幾種方式可以產(chǎn)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(qiáng)核力創(chuàng)建出由一個(gè)頂夸克和它的反物質(zhì)反頂夸克組成的對子。
在碰撞中通過弱核力產(chǎn)生單頂夸克非常罕見，對這一過程的探測也最具挑戰(zhàn)性，而這也是Tevatron粒子加速器的終極目標(biāo)之一。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)2月25日(北京時(shí)間)報(bào)道，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的科學(xué)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(zhì)子—反質(zhì)子對撞實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和篩選，最終確認(rèn)在大約40次粒子對撞中，弱核力產(chǎn)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(chǎn)生s-通道單頂夸克?？茖W(xué)家僅從中選定了一小部分，將它們從背景中分離出來，這也是為什么在這一特定通道觀測到的數(shù)量如此之少的緣故。不過，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)顯著性對于宣布一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)已是綽綽有余。
CDF和Dzero兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組是在2009年首次觀察到粒子對撞中由弱核力產(chǎn)生單頂夸克的。這一結(jié)果后來獲得了大型強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)?！斑@是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，為標(biāo)準(zhǔn)模型提供了一個(gè)有價(jià)值的補(bǔ)充?！泵绹茉床扛吣芪锢砜茖W(xué)分部副主任詹姆斯·西格里斯特說。
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