宇宙中唯一“裸露”的夸克,消失了138亿年,科学家在实验室制成

大型强子对撞机(LHC)。 LHC位于日内瓦附近瑞士和法国交界处的地下一个总长度达到了17英里的隧道内,由近1万块强大的磁铁组成,可以提供13万亿电子伏特的能量为质子加速,这个能量是当初费米实验室Tevatron加速器的6.5倍。通过更加强大的能量,我们可以更好地探索这些微观粒子。 1995年的时候,费米实验室Tevatron加速器通过粒子对撞的方式,制造出了顶夸克和反顶夸克对。但

大型强子对撞机(LHC)。

LHC位于日内瓦附近瑞士和法国交界处的地下一个总长度达到了17英里的隧道内,由近1万块强大的磁铁组成,可以提供13万亿电子伏特的能量为质子加速,这个能量是当初费米实验室Tevatron加速器的6.5倍。通过更加强大的能量,我们可以更好地探索这些微观粒子。

1995年的时候,费米实验室Tevatron加速器通过粒子对撞的方式,制造出了顶夸克和反顶夸克对。但是,受限于当时的科技,它需要花几天的时间才能创造这样的粒子对。而欧洲大型强子对撞机的能力已经远远超过了当时的科技,可以通过更强的能量和更高的频率,实现每秒创造出一组粒子对来。

其中,他们的ATLAS实验组甚至希望能够在一次碰撞中,同时产生两对粒子对,也就是两个顶夸克和两个反顶夸克。这样的情况非常罕见,出现的概率极低,比产生一组粒子对需要碰撞的次数多70000倍左右。

ATLAS团队在回顾2015年-2018年的数据中发现,LHC真的曾经有过同时制造出四个顶夸克的成绩。在进行了这样的实验之后,科学家们通常需要判断:它们究竟是被有意制造的还是偶然出现的?

所以,他们需要一个标准来进行衡量,那就是置信度。一般来说,粒子物理学中要求一项发现的置信度需要达到或超过5西格玛(西格玛是置信度的单位,5西格玛被称为黄金标准),这意味着这个发现仅有1/350万的概率是随机出现的。而ATLAS团队发现的顶夸克“四胞胎”,置信度大约为4.3。因此,从这个方面来讲,我们还没办法肯定地说这是一次确切的新发现,只能说是有比较大的概率。

同时,除了这次发现来自于偶然之外,还有一种可能会导致这一次的发现,那就是两组顶夸克的组合原本就比标准模型预测的要更常见。如果是这种情况,那么我们或许要面临相关领域的一次大变革。

顶夸克的巨大质量,对于我们研究质量的本质有着重要的帮助。现代物理学认为,宇宙中有一种基本粒子叫做希格斯玻色子,也就是通常我们说的上帝粒子。正是其他粒子与希格斯玻色子的相互作用,让它们在希格斯场中获得了质量这种属性。

另外,由于其他夸克都在夸克禁闭的作用下无法被单独观察,顶夸克也成为了我们了解这种微观粒子的重要途径。目前来说,夸克是我们知道的最基础的粒子。因此,了解它的性质,对于我们理解量子物理以及宏观世界都有着重要的意义。

2018年底,为了维护和升级,欧洲大型强子对撞机暂时关闭。由于今年疫情的影响,它暂时也不会重新启动。预计在2021年,它将重新开始工作,希望届时会有更重大的发现,让我们了解自己生活的世界究竟是怎样的。

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