夸克的新發(fā)現(xiàn)揭示了關(guān)于宇宙誕生的關(guān)鍵線索

在兩個(gè)鉛原子碰撞噴出的碎屑中檢測(cè)到一對(duì)頂夸克。

這是第一次在兩個(gè)原子核之間的碰撞中發(fā)現(xiàn)這種特定的夸克-反夸克對(duì)。這一發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)了所有六種夸克口味存在于時(shí)間的黎明，在湯汁夸克膠子等離子體被認(rèn)為在Big Bang.

這意味著我們離對(duì)這種原始湯進(jìn)行新的測(cè)量，并收集有關(guān)我們的宇宙從一開始就是如何形成的新見解又近了一步。

夸克膠子等離子體是當(dāng)通常束縛在質(zhì)子和中子內(nèi)部的基本夸克和膠子從它們的限制中釋放出來，并在極端能量條件下一起晃動(dòng)成松散的、相互作用的“湯”時(shí)得到的。

研究這個(gè)問題物質(zhì)狀態(tài)是夸克在幾分之一秒內(nèi)非常非常迅速地衰變。大爆炸后出現(xiàn)的夸克膠子等離子體只存在了幾百萬分之一秒，然后粒子滴落在一起開始形成正常物質(zhì)，這個(gè)過程稱為強(qiáng)子化.

為了研究夸克-膠子等離子體，物理學(xué)家使用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)等粒子對(duì)撞機(jī)將重粒子撞擊在一起。這些碰撞會(huì)產(chǎn)生一陣粒子雨，這些粒子在形成正常物質(zhì)的過程中穿過夸克-膠子等離子體狀態(tài)?？茖W(xué)家可以測(cè)量這個(gè)過程的產(chǎn)物來探測(cè)夸克膠子等離子體。

頂夸克是六種夸克口味中最重的，是研究夸克膠子等離子體演變的特別有價(jià)值的工具。然而，因?yàn)樗鼈兪亲钪氐?，所以它們的壽命最短，只?10^-25秒。這比強(qiáng)子形成的時(shí)間尺度短，這意味著它們?cè)趶?qiáng)子化發(fā)生之前就衰變了。

重離子碰撞中產(chǎn)生的夸克-膠子等離子體持續(xù) 10^-23秒;因此，頂夸克在整個(gè)等離子體之前就消失了，這使得它們特別難以研究。

通常，物理學(xué)家正在尋找的粒子不會(huì)被直接檢測(cè)到，而是從它們衰變成的產(chǎn)物中追溯出來，新研究就是這種情況。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中，一組物理學(xué)家與 ATLAS 合作組織通過衰變的 dilepton 通道在其衰變產(chǎn)物中檢測(cè)到頂夸克對(duì)的形成。

在這個(gè)過程中，頂夸克衰變成底夸克和 W玻色子;然后 W 玻色子衰變?yōu)?a data-linkid="73028" data-postid="156920">中微子，以及電子或 μ 子。該合作在具有統(tǒng)計(jì)顯著性的 5.03 sigma 的鉛原子之間的碰撞中發(fā)現(xiàn)了這一過程——清除了五西格瑪閾值進(jìn)行重要檢測(cè)。

這是首次在重核之間的碰撞中觀察到頂夸克對(duì)的產(chǎn)生。一個(gè)上一篇描述了頂夸克對(duì)在鉛離子和質(zhì)子;新結(jié)果更進(jìn)一步，為夸克-膠子等離子體的未來研究提供了一條前進(jìn)的道路。

研究人員在他們的論文中寫道：“對(duì)這一過程的觀察鞏固了在夸克-膠子等離子體的預(yù)平衡階段存在所有夸克風(fēng)味的證據(jù)，類似于早期宇宙中的條件。

“這一結(jié)果為進(jìn)一步研究夸克-膠子等離子體和早期宇宙中具有頂夸克的物理學(xué)鋪平了道路。”

這研究將發(fā)布于物理評(píng)論信.

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