目前大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）“誕生”罕見的四胞胎粒子，它們被稱為“頂夸克（top quarks）”。
新浪科技訊 北京時(shí)間6月28日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，目前，世界最大的原子對撞機(jī)——大型強(qiáng)子對撞機(jī)“誕生”罕見的四胞胎粒子，它們被稱為“頂夸克”。
主導(dǎo)亞原子相互作用的主流物理理論“標(biāo)準(zhǔn)模型”曾預(yù)測存在這種四胞胎粒子，但是最新物理理論表明，它們的形成數(shù)量可能比標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)測的更多。找到四胞胎粒子是檢驗(yàn)該理論的第一步，這項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)是在LHCP 2020會議上公布的。
依據(jù)2019年發(fā)表的《物理評論D》雜志報(bào)告稱，頂夸克是已知最重的基本亞原子粒子，每個頂夸克的質(zhì)量大約相當(dāng)于一個鎢原子。然而，每個頂夸克都比質(zhì)子小得多，這意味著頂夸克不僅保持著最重粒子的記錄，而且它們是已知最密集的質(zhì)量形式。
雖然大爆炸后的最早期階段形成大量頂夸克，但它們的壽命非常短暫，在大約1萬億分之一秒內(nèi)完全消失?，F(xiàn)今，唯一能產(chǎn)生和觀測頂夸克的環(huán)境就是在大型粒子加速器中。
1995年，科學(xué)家首次在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室兆電子伏特加速器中發(fā)現(xiàn)頂夸克，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室位于美國芝加哥郊外，是當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的粒子加速器，現(xiàn)已退役。
2011年，大型強(qiáng)子對撞機(jī)假設(shè)地幔是世界最強(qiáng)大的粒子加速器，該對撞機(jī)是由近1萬個強(qiáng)大磁環(huán)排列在一個周長27公里的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，加速兩個質(zhì)子束沿著相反方向運(yùn)行，它們在13萬億電子伏特的能量下發(fā)生碰撞，其碰撞頻率比兆電子伏特加速器高100倍。
1995年，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室兆電子伏特加速器中粒子束碰撞形成頂夸克和反物質(zhì)夸克對，但是這些碰撞每隔幾天才會發(fā)生一次。相比之下，在曲線大型強(qiáng)子對撞機(jī)儀器（ATLAS）實(shí)驗(yàn)和緊湊型介子螺線管實(shí)驗(yàn)（CMS）中，更高能量和更高碰撞頻率會大約每秒形成一對頂夸克。
在近期的實(shí)驗(yàn)中，研究人員正在尋找同時(shí)產(chǎn)生兩組頂夸克/反夸克對的現(xiàn)象，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測這些更復(fù)雜碰撞事件，其碰撞頻率應(yīng)當(dāng)是產(chǎn)生一對頂夸克碰撞事件的7萬倍。在尋找新粒子的時(shí)候，重要的是觀察碰撞次數(shù)偶然發(fā)生的可能性有多大？該結(jié)果可由西格瑪單位（sigma）進(jìn)行衡量。
在粒子物理學(xué)中，宣布發(fā)現(xiàn)頂夸克的黃金標(biāo)準(zhǔn)是5西格瑪以上，這意味著目前的觀測結(jié)果是由隨機(jī)波動引起的，發(fā)生概率僅為350萬分之一。3西格瑪意味著觀測信號偶然發(fā)生概率僅為740分之一，依據(jù)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室研究人員的觀點(diǎn)，這是觀測結(jié)果“最佳證據(jù)”。目前，關(guān)于頂夸克產(chǎn)生四胞胎的證據(jù)還不足以宣布為一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)。
2015-2018年，物理學(xué)家在ATLAS和CMS儀器收集的數(shù)據(jù)中尋找四胞胎頂夸克，ATLAS實(shí)驗(yàn)小組宣稱，他們已經(jīng)看到4.3西格瑪?shù)燃壍?個頂夸克形成。同時(shí)，《歐洲物理雜志C》發(fā)表論文稱，CMS儀器研究人員發(fā)現(xiàn)的四胞胎頂夸克僅為2.6西格瑪，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，ATLAS和CMS儀器預(yù)測四胞胎頂夸克的置信度在2.6西格瑪。
ATLAS儀器觀測到的顯著性可能僅是偶然，或者這可能僅是一種跡象，表明四胞胎頂夸克的產(chǎn)生比標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測更為普遍，這也可能意味著該測量結(jié)果是意想不到的物理學(xué)新線索。研究人員稱，下一次大型強(qiáng)子對撞機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的額外數(shù)據(jù)，以及所使用的分析技術(shù)進(jìn)一步拓展，將提高這一具有挑戰(zhàn)性的測量的精度。（葉傾城）