鉛離子-鉛離子對撞(藝術(shù)圖)。圖片來源:ATLAS合作組

據(jù)歐洲核子研究中心官網(wǎng)16日報道,大型強子對撞機(jī)(LHC)超環(huán)面儀器實驗(ATLAS)合作組報告稱,他們在鉛離子-鉛離子對撞中觀察到了頂夸克。這一結(jié)果的統(tǒng)計顯著性為5倍標(biāo)準(zhǔn)差,達(dá)到了粒子物理學(xué)宣布某一研究為“發(fā)現(xiàn)”所需標(biāo)準(zhǔn)。

研究團(tuán)隊表示,這是首次在原子核相互作用中觀察到頂夸克的產(chǎn)生,為研究夸克-膠子等離子體(QGP)打開了一扇新窗戶。

理論認(rèn)為,在宇宙大爆炸后的極短時間內(nèi),QGP曾短暫地“主宰”整個宇宙。在QGP內(nèi),質(zhì)子和中子的基本組成部分夸克和膠子沒有被束縛在粒子內(nèi)部,而是形成了一種幾乎完美的稠密流體。對QGP開展研究,有助更好地揭開宇宙早期的神秘面紗。

然而,在鉛離子-鉛離子對撞等重離子對撞中產(chǎn)生的QGP的“壽命”極短,僅為約10-23秒,難以直接觀測。對此,物理學(xué)家通過研究在這些對撞中產(chǎn)生并穿越QGP的粒子,以探究QGP的屬性。

作為已知最重的基本粒子,頂夸克衰變?yōu)槠渌Ｗ拥乃俣?比形成QGP所需時間快一個數(shù)量級。因此,頂夸克的衰變及其衰變產(chǎn)物與QGP相互作用之間的延遲,可作為“時間標(biāo)記”,為研究QGP的時間動力學(xué)提供獨特機(jī)會。

最新研究中,ATLAS合作組精心分析了LHC第二輪運行期間、對撞能量為5.02太電子伏特的鉛離子-鉛離子碰撞的數(shù)據(jù)。最終在“雙夸克通道”中,成功捕捉到頂夸克的“身影”。在“雙夸克通道”中,頂夸克先衰變?yōu)榈卓淇撕蚖玻色子,這些產(chǎn)物又衰變?yōu)殡娮踊蚩娮蛹跋嚓P(guān)的電子中微子或繆子中微子。

團(tuán)隊表示,強力是將質(zhì)子、中子和其他復(fù)合粒子結(jié)合在一起的力,最新研究也有助他們進(jìn)一步揭示強力的性質(zhì)。