已知最重的基本粒子：頂夸克
作為已知最重的基本粒子，頂夸克在歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)的物理學(xué)研究中占有特殊地位。阿特拉斯（ATLAS）探測(cè)器記錄的碰撞中產(chǎn)生了大量頂夸克對(duì)和反夸克對(duì)，為最高可達(dá)能量下的粒子碰撞理論模型提供了一個(gè)豐富實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。
測(cè)量值和預(yù)測(cè)值之間的任何偏差，都可能指向該理論的缺陷——或者是一些全新事物的初步跡象。ATLAS合作發(fā)布了一項(xiàng)新的精確測(cè)量方法，用于測(cè)量大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生頂夸克對(duì)的總速率，或者說(shuō)是“橫截面”。
測(cè)量使用一個(gè)頂夸克衰變?yōu)殡娮樱╡），中微子和b夸克事件，而另一個(gè)衰變?yōu)棣套樱é蹋?，中微子和b夸克。。這在探測(cè)器中創(chuàng)造了一個(gè)引人注目的特征，使得物理學(xué)家能夠在幾乎沒有背景的情況下，收集到一個(gè)非常干凈的事件樣本。盡管僅占頂夸克對(duì)衰變的2％，但ATLAS物理學(xué)家在13 TeV的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)運(yùn)行2期間，檢查收集了超過(guò)230000個(gè)eμ事件。新結(jié)果對(duì)頂夸克對(duì)截面的測(cè)量值為826±20，即不確定度僅為2.4%。這與最先進(jìn)的理論預(yù)測(cè)完全吻合，并與之前使用7和8 TeV數(shù)據(jù)的精確ATLAS測(cè)量相結(jié)合。
ATLAS對(duì)頂夸克對(duì)截面的精確測(cè)量也被用來(lái)確定幾個(gè)參數(shù)（包括頂夸克質(zhì)量為mt = 173.1±2.1 GeV）并約束“部分分布函數(shù)”，這些“部分分布函數(shù)”根據(jù)質(zhì)子組成夸克和膠子來(lái)表征質(zhì)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生輕子的能量和角度分布(即它們的“運(yùn)動(dòng)學(xué)”)也得到了精確測(cè)量。這些數(shù)據(jù)與各種“事件生成器”程序的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，這些“事件生成器”程序用于在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上模擬頂夸克事件。阿特拉斯的物理學(xué)家指出了幾個(gè)差異，指出需要更精確的理論計(jì)算。
更好地描述觀測(cè)到的輕子動(dòng)量分布，另一個(gè)新ATLAS結(jié)果對(duì)頂夸克本身的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了更深入研究。在ATLAS中，首次將頂夸克對(duì)產(chǎn)生率同時(shí)測(cè)量為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)變量的函數(shù)(二維分布)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，物理學(xué)家選擇了頂夸克對(duì)事件，其中一個(gè)頂夸克衰變?yōu)檩p子、中微子和b夸克，而另一個(gè)頂夸克衰變?yōu)閎夸克和夸克反夸克對(duì)。對(duì)這種最終狀態(tài)的研究，被稱為“單輕子”通道，使ATLAS團(tuán)隊(duì)能夠更精確地重建頂夸克對(duì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)。包括在產(chǎn)生相對(duì)于碰撞軸具有極高橫向動(dòng)量“增強(qiáng)”頂夸克的情況下。
這些都是新物理研究的關(guān)鍵興趣，因?yàn)榫薮蟮耐鈦?lái)粒子可以衰變成兩個(gè)高度增強(qiáng)的夸克。物理學(xué)家將測(cè)量到的分布與最新理論計(jì)算進(jìn)行了比較，并在高動(dòng)量狀態(tài)下改進(jìn)了生產(chǎn)率估計(jì)。結(jié)果表明，理論計(jì)算預(yù)測(cè)非常高動(dòng)量的頂夸克比觀測(cè)到的要多。這證實(shí)并改進(jìn)了ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)之前發(fā)表的測(cè)量結(jié)果。此外，由于二維分布的形狀，頂夸克對(duì)產(chǎn)生率作為不變質(zhì)量和頂夸克橫向動(dòng)量的函數(shù)，可以用于將來(lái)測(cè)量頂夸克質(zhì)量。綜上所述，這兩個(gè)新結(jié)果提供了豐富的數(shù)據(jù)，提高了我們對(duì)頂夸克對(duì)產(chǎn)生的理解，并進(jìn)一步確定這個(gè)重粒子的性質(zhì)。
博科園｜研究/來(lái)自：ATLAS Experiment
博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普
關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)哦
