精选！有力证据显示质子可能含一个粲夸克，将对依赖质子结构精确模型实验产生影响

• 2022-08-19 05:57:32 来源：科技日报

(资料图)

科技日报记者 刘霞

质子或比我们此前认为得更复杂。一个国际科研团队在最新一期《自然》杂志上刊发论文称，他们发现了强有力证据，证明质子也包含一个粲夸克。这一发现或将对在大型强子对撞机（LHC）上开展的粒子物理实验产生影响。

质子结构（艺术概念图）。大的红色球体是上夸克，蓝色球体是下夸克。

图片来源：CERN网站

夸克是一种基本粒子，已知有6种夸克：上、下、顶、底、粲、奇异夸克，通常情况下，2个或3个夸克结合在一起可以形成亚原子粒子强子（如质子和中子）。教科书上称，质子包含两个上夸克和一个下夸克。

但在量子力学领域，粒子的结构由概率决定，这意味着从理论上来说，在质子内部，其他夸克有可能以物质—反物质对的形式出现。1980年欧洲核子研究中心（CERN）缪子合作组的一项实验指出，质子可能含有粲夸克和反粲夸克，但并未最终定论。随后不少科学家试图确定质子中粲夸克的成分，但结果相互矛盾。

在最新研究中，荷兰阿姆斯特丹自由大学的朱利安·罗霍及其同事发现了证据，证明质子动量的一小部分（约0.5%）来自粲夸克。

为分离出粲夸克，罗霍团队使用机器学习模拟了由所有不同夸克组成的假想质子的结构，并与数十年来粒子加速器实验中50多万次真实碰撞获得的数据进行了比较。结果发现，如果质子不包含粲夸克—反粲夸克对，获得实验结果的几率为0.3%（统计显著性为3西格玛），需要开展更多研究将结果提升到5西格玛水平——宣布某一结果为“发现”的阈值。团队也研究了LHC底夸克实验（LHCb）Z玻色子实验的最新结果，并分别模拟了有无粲夸克时质子动量的统计分布。结果发现如果假设质子包含粲夸克，则模型与结果更匹配。

剑桥大学科学家哈里·克利夫说，质子包含粲夸克可能对LHC等粒子加速器上开展的其他物理实验产生影响，因为它们依赖质子结构的精确模型。罗霍表示，冰立方中微子观测站可能也需要考虑这种新结构。

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