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一项新的研究表明,质子含有内在的粲夸克

常驻编辑 科普中国 2022-08-19 夸克   质子   物理学家   粒子   加速器   概率   测量   理论   魅力   数据

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通常认为质子只包含三个夸克——两个上夸克和一个下夸克(如图所示)。但是有新的证据表明质子也可能包含内在的粲夸克和反夸克。sT3拜客生活常识网

质子可能本质上是迷人的。sT3拜客生活常识网


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亚原子粒子是三种称为夸克的较轻粒子的混合体:两种称为上夸克和一种下夸克。但物理学家几十年来一直在推测,质子也可能拥有更大质量的夸克,称为“本征”粲夸克。物理学家在 8 月 18 日的Nature 杂志上报告说,一项新的分析支持了这一想法。sT3拜客生活常识网


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粲夸克比上夸克或下夸克重得多。如此重,令人费解的是,“你可以拥有比质子本身更重的质子成分,”阿姆斯特丹自由大学的理论物理学家胡安·罗霍说。sT3拜客生活常识网


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Rojo 和他的同事们结合了各种实验结果和理论计算,希望能够揭开质子的假想魅力。罗霍说,测量这一特征是全面了解宇宙中最重要的粒子之一的关键。sT3拜客生活常识网


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物理学家知道,你探测质子的深度越深,它看起来就越复杂。当在非常高的能量下观察时,例如在日内瓦附近的大型强子对撞机或大型强子对撞机等粒子加速器的碰撞中,质子包含各种各样的瞬态夸克及其反物质对应物反夸克(SN:4/18/17 )。当胶子(帮助将夸克在质子内部“粘合”在一起的粒子)分裂成夸克-反夸克对时,就会产生这种“外在”夸克。sT3拜客生活常识网


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外在夸克并不是质子身份的基础。它们只是胶子在高能下行为的结果。但是即使在低能量下,粲夸克也可能存在于质子内部,以一种更持久、更深层次的形式存在。sT3拜客生活常识网

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在量子物理学中,粒子在被测量之前不会呈现确定的状态——而是用概率来描述。如果质子包含内在魅力,那么在质子中不仅有两个上夸克和一个下夸克,而且还有一个魅力夸克和反夸克的概率很小。由于质子不是单个粒子的明确集合,质子的质量不是其部分的简单总和(SN:11/26/18)。小概率意味着粲夸克和反夸克的全部质量没有被添加到质子的重量中,这解释了质子如何可能包含比自身重的粒子。sT3拜客生活常识网


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利用大型强子对撞机和其他粒子加速器实验的数千次测量结果,结合理论计算,该团队在称为 3 sigma 的统计水平上发现了质子内在魅力的证据。研究人员报告说,内在的魅力夸克携带约 0.6% 的质子动量。sT3拜客生活常识网


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但通常需要 5 sigma 才能得出结论性结果。“数据和分析还不够……从‘证据’到‘发现’内在魅力,”加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的理论物理学家拉蒙娜沃格特说,她为《自然》杂志撰写了一篇关于这项研究的透视文章。 .sT3拜客生活常识网


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更重要的是,定义“内在魅力”的含义并不简单,混淆了新发现与不同群体早期结果的比较。弗吉尼亚州纽波特纽斯市杰斐逊实验室的理论物理学家 Wally Melnitchouk 说:“以前的研究发现了内在魅力的不同限制,部分原因是他们使用了不同的定义和方案。”sT3拜客生活常识网


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值得注意的是,新的分析结合了 LHCb 合作的结果,该合作报告了可能与 2 月 25 日物理评论快报中质子的内在魅力一致的测量结果。理论物理学家 C.-P. 说,在分析中包含这些数据是“真正的新事物”。东兰辛密歇根州立大学的袁教授。但袁对用于解释数据的计算类型持保留态度。“这不是我们今天所说的最先进的分析。”sT3拜客生活常识网


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科学家需要确定质子的内在魅力内容,以更好地了解大型强子对撞机和其他将质子粉碎在一起的设施的结果并观察结果。研究人员必须能够测量他们正在碰撞的物体的来龙去脉。

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