大型强子对撞机发现 可直接测量“魅力夸克”基本粒子质量的方法

　　大型强子对撞机的爱丽丝实验首次直接测量了一种被称为“死锥”的现象，这使得物理学家可以直接测量一种被称为“魅力夸克”的基本粒子的质量。

　　形成我们周围可见宇宙的许多粒子实际上是由质量较小的基本粒子夸克构成的复合粒子。例如，质子和中子各包含三个夸克。夸克有六种不同的“味道”——上夸克、下夸克、上夸克、下夸克、奇异夸克和魅力夸克——每一种都有不同的质量、自旋和其他量子属性。夸克的不同组合也会形成不同的粒子。强子通过一种叫做胶子的无质量粒子传递，将夸克结合在这些复合粒子中。夸克和胶子统称为“部分子”。

　　在瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)中，质子被强磁场加速通过一个16.8英里(27公里)的隧道，能量高达6.8 TeV，然后相互碰撞。碰撞会产生一连串的其他粒子，这些粒子本身会放射或衰变成更多的粒子，以此类推，这种一连串的粒子可以揭示基础物理学的各个方面。

　　特别是，夸克和胶子以一种称为部分子簇射的级联方式产生和发射，夸克发射胶子，胶子本身可以发射其他更低能量的胶子。

　　研究ALICE(它的名字是大型离子对撞机实验的简称)的科学家们搜索了三年的质子-质子碰撞，以寻找死锥的证据。根据描述强子如何工作的量子色动力学(QCD)理论，死锥是阻止一定质量和能量的部分子发射胶子的区域。

　　“直接观察死锥非常具有挑战性，”爱丽丝的发言人卢西亚诺·穆萨在一份新闻声明中说。

　　部分困难在于，死区可以被质子-质子碰撞中产生的其他亚原子粒子填充，而当部分子不断改变方向时，跟踪它在簇射中的运动也很棘手。

　　为了解决这个问题，与ALICE合作的科学家开发了一种技术，通过这种技术，他们能够将parton淋浴的记录倒放回去，使他们能够计算出淋浴的副产品在何时何地散发出来。特别是，他们寻找包含魅力夸克的流星雨。当他们解构这些簇射时，科学家们在部分子簇射期间发射的胶子辐射模式中发现了一个胶子发射被抑制的区域。这是死锥。

　　这个发现很重要，不仅因为它验证了QCD的预测，还因为它现在提供了直接测量魅力夸克质量的直接机会，理论和间接测量将魅力夸克的质量定位在1275+/-25 mev/c^2.根据QCD，死锥与部分子的质量直接相关，无质量粒子不能产生死锥。

　　“夸克质量是粒子物理学中的基本量，但它们不能在实验中直接获得和测量，因为除了顶层夸克，夸克都被限制在复合粒子内，”爱丽丝物理协调员安德里亚·丹内塞说。

　　因此，死锥的发现可能为夸克物理学的新时代铺平道路。