LHC首次直接观测到“死锥效应”

据欧洲核子研究中心官网近日报道，大型强子对撞机(LHC)上的大型重离子对撞机实验(ALICE)首次直接观测到粒子物理领域的一种基本效应——3354“死锥效应”，还直接揭示了粲夸克的质量。这项研究发表在最新一期的《自然》杂志上，有望为科学家提供一种测量夸克质量的新方法。

“死锥效应”是力的理论的一部分。强力是将夸克和胶子结合成质子、中子并最终形成原子核的力。它是宇宙中已知的四种基本力之一，另外三种是引力、电磁力和弱力。夸克是科学家认为不能再分的基本粒子。目前已知的夸克有上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、底夸克和顶夸克。

夸克和胶子统称为部分子，是在LHC和其他装置的粒子碰撞中产生的。部分子被制造出来后，会经历一系列被称为部分子簇射的事件，在这些事件中，部分子以胶子的形式发出辐射，并失去能量(胶子也会发出胶子)。簇射的辐射模式取决于发射胶子的质量，并在胶子飞行方向周围显示出一个胶子发射被抑制的区域，称为“锥区”。

30年前，科学家根据强子理论第一原理，在粒子对撞机中间接观测到了“锥区”，但通过部分子簇射的辐射图样直接观测仍然极具挑战性。主要原因是锥区可以被发射的部分子簇射转化的粒子所填充，很难确定部分子簇射的变化方向。

在最新的研究中，爱丽丝合作组织通过将最先进的分析技术应用于LHC上的质子-质子碰撞数据，克服了这些挑战。这些分析技术可以通过最终产物留下的信号，也就是ALICE探测器中留下的粒子喷流，追溯到一些子簇射。研究人员将丛夸克的胶子发射模式与胶子和几乎无质量夸克的发射模式进行了比较，发现丛夸克的模式中存在一个“锥区”。这个结果也直接揭示了粲夸克的质量，因为理论预言无质量粒子没有相应的“锥区”。

研究人员指出：“夸克质量是粒子物理领域的一个基本量，但它们无法在实验中直接获得，因为除了顶夸克之外的其他夸克都被限制在复合粒子中。最新的研究可能会为我们提供一种测量夸克质量的方法。”