在頂夸克被發(fā)現(xiàn)25年后，歐洲核子研究中心ATLAS實(shí)驗(yàn)的物理學(xué)家，對(duì)已知最重基本粒子頂夸克又有了新見(jiàn)解。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)第二次運(yùn)行（2015-2018年）期間收集的大量數(shù)據(jù)，使物理學(xué)家能夠非常詳細(xì)地研究頂夸克的罕見(jiàn)產(chǎn)生過(guò)程，包括它與其他重基本粒子的產(chǎn)生。

在發(fā)表在《arXiv》的新研究中，ATLAS合作報(bào)告了使用完整的RUN-2數(shù)據(jù)集觀察到與Z玻色子(TZq)相關(guān)的單個(gè)頂夸克。

從而證實(shí)了ATLAS和CMS使用較小數(shù)據(jù)集的早期結(jié)果，為了獲得這個(gè)新的結(jié)果，物理學(xué)家們研究了ATLAS探測(cè)器記錄超過(guò)200億個(gè)碰撞事件，尋找具有三個(gè)孤立的輕子（電子或μ子）的事件，垂直（橫向）于質(zhì)子束平面上的動(dòng)量不平衡，以及來(lái)自夸克碎裂的兩到三個(gè)強(qiáng)子噴射（其中一個(gè)噴射來(lái)自底夸克）。僅識(shí)別了大約600個(gè)具有這種特征的候選事件(即信號(hào)區(qū))，并且盡管有嚴(yán)格的選擇標(biāo)準(zhǔn)，但預(yù)計(jì)只有大約120個(gè)候選事件來(lái)自Z玻色子生產(chǎn)過(guò)程。

為了最好地將信號(hào)從背景過(guò)程中分離出來(lái)，ATLAS物理學(xué)家訓(xùn)練了一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)使用精確的模擬數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別Z玻色子事件。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)事件提供了一個(gè)分?jǐn)?shù)(Onn)，表示它看起來(lái)有多像信號(hào)過(guò)程。為了檢查提供給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬是否很好地描述了真實(shí)數(shù)據(jù)，物理學(xué)家觀察了由后臺(tái)過(guò)程主導(dǎo)具有相似特征(控制區(qū))的事件，還檢查了600個(gè)選定信號(hào)區(qū)事件的各種運(yùn)動(dòng)學(xué)分布。

研究人員評(píng)估了信號(hào)區(qū)域和對(duì)照區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得分，以便可以使用真實(shí)數(shù)據(jù)限制背景水平。提取Z玻色子信號(hào)，并計(jì)算在給定數(shù)據(jù)樣本(即橫截面)中產(chǎn)生這種事件的速率。提取截面的不確定度為14%。這比之前的ATLAS結(jié)果精確度高出兩倍多，后者基于的數(shù)據(jù)幾乎少了四倍(2015年和2016年)。發(fā)現(xiàn)截面與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)一致，證實(shí)了即使是標(biāo)準(zhǔn)模型中最重的粒子也仍然表現(xiàn)為點(diǎn)狀基本粒子。

此外，通過(guò)選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別為很可能是Z玻色子(onn>0.4)的事件，ATLAS物理學(xué)家可以檢查標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算是否很好地描述了運(yùn)動(dòng)學(xué)分布。隨著對(duì)Z玻色子生產(chǎn)過(guò)程的觀察現(xiàn)在得到證實(shí)，ATLAS的研究人員可以預(yù)計(jì)它的研究將更加詳細(xì)。作為運(yùn)動(dòng)學(xué)變量函數(shù)截面測(cè)量將能讓物理學(xué)家仔細(xì)探測(cè)頂夸克與其他粒子的相互作用。會(huì)不會(huì)有更多數(shù)據(jù)揭開(kāi)一些意想不到的面紗？期待看到大自然在頂夸克世界里隱藏著什么。

博科園｜研究/來(lái)自：ATLAS Experiment

參考期刊《arXiv》

Cite: arXiv:2002.07546

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