有力證據(jù)顯示質(zhì)子可能含一個(gè)粲夸克
將對(duì)依賴質(zhì)子結(jié)構(gòu)精確模型實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響
科技日?qǐng)?bào)訊 (記者劉霞)質(zhì)子或比我們此前認(rèn)為得更復(fù)雜。一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然》雜志上刊發(fā)論文稱，他們發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)有力證據(jù)，證明質(zhì)子也包含一個(gè)粲夸克。這一發(fā)現(xiàn)或?qū)?duì)在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)上開展的粒子物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。
夸克是一種基本粒子，已知有6種夸克：上、下、頂、底、粲、奇異夸克，通常情況下，2個(gè)或3個(gè)夸克結(jié)合在一起可以形成亞原子粒子強(qiáng)子(如質(zhì)子和中子)。教科書上稱，質(zhì)子包含兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克。
但在量子力學(xué)領(lǐng)域，粒子的結(jié)構(gòu)由概率決定，這意味著從理論上來(lái)說(shuō)，在質(zhì)子內(nèi)部，其他夸克有可能以物質(zhì)—反物質(zhì)對(duì)的形式出現(xiàn)。1980年歐洲核子研究中心(CERN)繆子合作組的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指出，質(zhì)子可能含有粲夸克和反粲夸克，但并未最終定論。隨后不少科學(xué)家試圖確定質(zhì)子中粲夸克的成分，但結(jié)果相互矛盾。
在最新研究中，荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)的朱利安·羅霍及其同事發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，證明質(zhì)子動(dòng)量的一小部分(約0.5%)來(lái)自粲夸克。
為分離出粲夸克，羅霍團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)模擬了由所有不同夸克組成的假想質(zhì)子的結(jié)構(gòu)，并與數(shù)十年來(lái)粒子加速器實(shí)驗(yàn)中50多萬(wàn)次真實(shí)碰撞獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果質(zhì)子不包含粲夸克—反粲夸克對(duì)，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的幾率為0.3%(統(tǒng)計(jì)顯著性為3西格瑪)，需要開展更多研究將結(jié)果提升到5西格瑪水平——宣布某一結(jié)果為“發(fā)現(xiàn)”的閾值。團(tuán)隊(duì)也研究了LHC底夸克實(shí)驗(yàn)(LHCb)Z玻色子實(shí)驗(yàn)的最新結(jié)果，并分別模擬了有無(wú)粲夸克時(shí)質(zhì)子動(dòng)量的統(tǒng)計(jì)分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果假設(shè)質(zhì)子包含粲夸克，則模型與結(jié)果更匹配。
劍橋大學(xué)科學(xué)家哈里·克利夫說(shuō)，質(zhì)子包含粲夸克可能對(duì)LHC等粒子加速器上開展的其他物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，因?yàn)樗鼈円蕾囐|(zhì)子結(jié)構(gòu)的精確模型。羅霍表示，冰立方中微子觀測(cè)站可能也需要考慮這種新結(jié)構(gòu)。