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电子伏加速器立功 人类成功测出顶夸克精确质量

http://www.kexue.com 2014-03-27 10:58:07 腾讯科学  发表评论


欧洲大型强子对撞机是目前世界上最强的粒子加速器之一,本项研究中大型强子对撞机创造了1800万个夸克事件

  欧洲核子研究中心和美国费米国家实验室是世界上两大顶尖的粒子物理研究机构,各自都有大型对撞机用来研究粒子物理学,现在这两大机构联手对顶夸克进行了研究,在3月19日于意大利举行的会议上,科学家宣布了迄今最为精确的顶夸克质量测量,欧洲大型强子对撞机和费米万亿电子伏加速器参与本项研究。最新测量的顶夸克质量为173.34 (+/- 0.76) 千兆电子伏,这项研究为粒子物理研究提供了新的发展。

  173.34千兆电子伏是个什么概念呢?如果对比一下希格斯玻色子就很清楚了,希格斯玻色子的质量在大约125千兆电子伏附近,可以看出顶夸克的质量还是较大的,来自费米实验室的主任奈杰尔-洛克耶认为这是国际粒子物理学合作的一个经典范例,欧洲核子研究中心和费米实验室给出了顶夸克的精确质量值。为了对顶夸克质量进行精确测量,在欧洲核子研究中心和费米实验室Tevatron实验中分别进行了四个独立的研究,发现了顶夸克的质量精确值。

  这四个实验分别为ATLAS,CDF,CMS 以及DZERO,其中ATLAS为超环面仪,是欧洲核子研究中心的七大实验探测器之一;CDF则是美国费米实验室的CDF探测器,其主要用来研究质子和反质子对撞的产物;CMS为大型强子对撞机紧凑型μ子线圈探测器;DZERO为费米国家加速器实验室的实验,这些实验探测到顶夸克的质量是质子质量的100倍左右。在粒子物理学中,除了顶夸克外,还有其他五种夸克,确切的说是“五味”,比如上夸克、下夸克、魅夸克、奇夸克、底夸克以及顶夸克,上、下夸克的质量都较低,而后面四“味”夸克需要通过对撞机的高能粒子碰撞来研究。

  夸克是目前科学家发现的物质最为基本的组成单元,也就是说按照夸克理论物质不能再往下分了,对夸克的研究有助于我们探索早期宇宙的状态,尤其是顶夸克,因为顶夸克质量最大,达到质子质量的100倍,而且在大爆炸早期时只存在非常非常短暂的时间,可以说是转瞬即逝,我们目前只能通过对撞机来产生顶夸克,幸运的是,大型强子对撞机和万亿电子伏加速器具备了研究顶夸克的实力。

  万亿电子伏加速器在2011年已经被关闭,因此后续的工作转移给强子对撞机,未关闭前大约产生了30万夸克事件,而欧洲的强子对撞机产生的夸克事件是最多的,达到了1800万件,显然欧洲的强子对撞机在研究中做出了非常突出的贡献。

  顶夸克质量的精确测量使得新物理学开始浮出水面,欧洲核子研究中心总干事罗尔夫-豪雅认为两大对撞机之间既有合作,又有竞争,竞争可以刺激我们探索更神秘的粒子物理学,合作研究则可以联合两大加速器的力量来寻找某个未知领域的答案。(罗辑)

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