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初次丈量到顶夸克的质量改变!将打破规范模型,发现新物理学?

CMS物理学家初次研讨了顶夸克质量“运转”的效应,这是规范模型猜测的一种根本量子效应。质量是根底物理中最杂乱的概念之一,阅历了绵长的概念开展前史。质量开端在经典力学中被了解为惯性的丈量,后来在狭义相对论中被解释为能量的一种方式。质量在描绘亚原子国际的现代量子场论中也有相似意义,粒子物理学的规范模型便是这样一种量子场论,它能够描绘一切已知根本粒子在大型强子对撞机的能量下的相互作用。

量子色动力学是规范模型的一部分,描绘了核物质的根本成分:夸克和胶子的相互作用。这些粒子之间相互作用强度取决于称为强耦合常数的根本参数。依据量子色动力学,强耦合常数在较高的能量规范下敏捷减小。这种效应被称为渐近自在,而规范演化被称为“耦合常数的运转”。夸克的质量也是如此,夸克自身能够了解为根本耦合,例如与希格斯场的相互作用。在量子色动力学中,强耦合常数和夸克质量的运转能够猜测,而且这些猜测能够经过试验验证。

运转质量的试验验证是量子色动力学有效性的重要查验,在大型强子对撞机探测到的能量下,超出规范模型的物理效应,可能会导致质量运转效应的修正。因而,对这种效应的丈量也是对不知道物理学的探究。在曩昔的几十年中,强耦合常数已经在很大范围内得到了试验验证。此外,还发现了很多运转奇夸克和璨夸克的依据。经过一种新的丈量,CMS协作初次研讨了最重夸克的质量运转状况:在不同能量标度下丈量了顶夸克对(取决于顶夸克质量的量)的发生率。

从这个丈量中,运用猜测顶夸克-反夸克对发生速率的理论猜测,在这些能量规范上提取顶夸克质量。试验上,经过查找顶夸克-反夸克对的特定衰变产物来挑选风趣的顶夸克对磕碰。在绝大多数状况下,顶夸克衰变为高能射流和W玻色子,而W玻色子又能够衰变为轻子和中微子。射流和轻子能够被CMS探测器以高精度辨认和丈量,而中微子逃逸不被发现,并显现自己丢掉了能量。图1显现了在CMS探测器中看到很可能发生顶夸克-反夸克对的磕碰。这种磕碰估计包括一个电子、一个?子、两个高能射流和很多丢掉的能量。

顶夸克质量的丈量运转如图2所示,符号对应于丈量点,而红线表明依据量子色动力学的理论猜测。这一成果初次表明晰顶夸克质量运转的根本量子效应的有效性,并为查验强相互作用的了解打开了一个新窗口。虽然在2021年从Run 3开端的未来LHC运转中将搜集更多数据,但这个特定的CMS成果对来自量子色动力学中,顶夸克理论知识的不确定性十分灵敏。为了见证顶夸克质量以更高的精度运转,或许还会提醒新物理的痕迹,理论开展和试验尽力都是必要的。

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