顶夸克短暂“准束缚态”再获验证
顶夸克和反顶夸克通过胶子交换形成短暂结合。图片来源:CERN官网
科技日报北京7月9日电(记者 张佳欣)在欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)实验中,此前的紧凑缪子线圈实验(CMS)在质子—质子碰撞中观察到一项意外特性,如今可能被其“姊妹实验”——超环面仪器实验(ATLAS)证实。两项独立结果表明,顶夸克和它的反粒子可能会短暂结合,形成一种被称为“拓扑偶素”的“准束缚态”。这一发现于8日在法国马赛召开的欧洲物理学会高能物理大会上公布。
顶夸克是目前已知质量最大、寿命最短的基本粒子,一般在产生后极快衰变,无法形成稳定结构。然而,最新实验结果表明,在特定条件下,它可能与反粒子短暂结合,交换胶子,形成非相对论状态下的准束缚态,这一过程过去被认为难以在强子对撞机中探测到。
去年,CMS研究团队在分析2016—2018年采集的数据时,意外发现顶夸克—反顶夸克对在能量阈值附近出现异常“过剩”。该现象恰好出现在生成一对顶夸克所需的最低能量处,这暗示着可能存在此前未曾观测到的物理过程,即顶夸克和反顶夸克的短暂结合。
根据一种简化模型,CMS测得该异常信号的产生截面为8.8皮巴恩(pb),不确定度为1.3pb,显著性达到5西格玛,符合粒子物理学界宣布“发现”的标准。
在分析2015—2018年期间积累的LHCRun-2数据集时,ATLAS团队也发现了同样的结果。其测得截面为9.0±1.3pb,统计显著性达到7.7西格玛,进一步增强了证据的可靠性。
尽管拓扑偶素是最自然的解释,但研究人员不排除其他可能性,例如存在尚未被发现的新粒子,其质量接近两个顶夸克之和,也可能导致类似信号。要确切揭示该现象背后的机制,还需依赖更精密的量子色动力学计算与更多实验数据。
拓扑偶素若被最终确认,将成为继粲偶素与底偶素之后,夸克偶素家族中的新成员,为高能物理研究打开新的窗口。
目前,LHC第三轮运行正在进行,ATLAS和CMS将继续借助更大数据集,深入探索顶夸克之间这段“难以捉摸的浪漫”。
编辑:陈静