世界上最大的原子粉碎机把“顶夸克”创造出来了

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这些胖乎乎但微小的粒子的诞生可能是新物理学的标志。

世界上最大的原子粉碎机已经“诞生”了一组四个超重粒子-称为夸克。

在LHCP 2020大会上宣布。一组四个超重粒子在瑞士日内瓦的大型强子对撞机中的形成，长期以来一直由标准模型预测，该模型主导着亚原子相互作用。但是新的物理理论表明，它们的创建频率可能比标准模型所预测的要高得多。找到更多这样的四个为一组超重粒子，是测试这些理论的第一步。

根据2019年发表的一项研究，顶级夸克是已知最重的基本亚原子粒子。每个顶夸克是大致为块状作为原子的钨。但是，每个顶夸克都比质子小得多，这意味着顶夸克不仅保持了最重粒子的记录，而且还是已知密度最大的质量形式。

大爆炸在大爆炸之后的最早时间内大量产生，但它们的寿命很短，大约在一万亿分之一秒内完全消失。如今，在大型粒子加速器中试验室破碎机，唯一可以产生和观察到顶夸克的地方。

最早的夸克是1995年使用费米实验室（Fermilab Tevatron）发现的，费马实验室的 Tevatron位于芝加哥郊外，现已废弃，是当时最强大的粒子加速器。

在2011年，大型强子对撞机是世界上功能最强大的粒子加速器。大型强子对撞机（LHC）是由将近10,000个强力磁体组成的环试验室破碎机，排列成一个圆周，圆周长约16.5英里（27公里），以相反的方向加速两束质子束，并以13万亿电子伏特的能量将它们相互碰撞。能量是费米实验室Tevatron的6.5倍。它们的碰撞频率也比Tevatron的碰撞频率高约100倍。

1995年，在费米实验室Tevatron发生的光束碰撞中，形成了顶夸克和反物质夸克对，但是这些碰撞每隔几天就产生一次此类夸克。相比之下，在大型强子对撞机的A环形LHC装置（ATLAS）实验和紧凑型μ子电磁阀（CMS）实验中，较高的能量和较高的碰撞率大约每秒产生一对顶夸克。

在最近的实验中，研究人员正在寻求同时生产两组顶级夸克/反夸克对。根据ATLAS团队的说法，标准模型预测，这些更复杂的碰撞发生的频率应比形成一对碰撞的频率低70,000倍。在寻找新的粒子时，重要的是要知道观察到的碰撞偶然发生的可能性有多大。在粒子物理学中，宣布发现的黄金标准是sigma为5或更大，这意味着当前观察到的随机随机波动发生的概率为350万左右的几率。σ为3表示在740个实验中有1个观测到的信号是偶然发生的，据Fermilab认为这是观测的“证据” 。夸克四重奏生产的证据还不足以声称一个新发现。

物理学家在2015年至2018年间由ATLAS和CMS收集的数据中搜索了顶级夸克四重奏。ATLAS实验团队宣布，他们已经看到产生了四个西格玛，σ为4.3。同时，在发表于《欧洲物理杂志》 C的一篇论文中，来自CMS实验的研究人员报告说，他们的四重顶夸克的观察到的sigma仅为2.6。在进行实验之前，ATLAS和CMS的期望值均约为2.6 sigma。

ATLAS看到的高度意义仅仅是偶然。或者，这可能表明四种顶级夸克的产生比标准模型所预测的更为普遍，这可能意味着这种测量是某些新的和出乎意料的物理学的第一提示。研究人员在一份声明中说：“来自下一次大型强子对撞机运行的其他数据，以及所采用的分析技术的进一步发展，将提高这种具有挑战性的测量的精度。”

自2018年底以来，大型强子对撞机已被暂时关闭，以进行翻新，升级和维护。尽管尚不清楚COVID-19大流行是否会影响计划，但计划在2021年恢复运营。

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标签：顶夸克夸克原子