有力證據(jù)顯示質(zhì)子可能含一個粲夸克
質(zhì)子或比我們此前認為得更復雜。一個國際科研團隊在最新一期《自然》雜志上刊發(fā)論文稱，他們發(fā)現(xiàn)了強有力證據(jù)，證明質(zhì)子也包含一個粲夸克。這一發(fā)現(xiàn)或?qū)υ诖笮蛷娮訉ψ矙C(LHC)上開展的粒子物理實驗產(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個或3個夸克結(jié)合在一起可以形成亞原子粒子強子(如質(zhì)子和中子)。教科書上稱，質(zhì)子包含兩個上夸克和一個下夸克。
但在量子力學領(lǐng)域，粒子的結(jié)構(gòu)由概率決定，這意味著從理論上來說，在質(zhì)子內(nèi)部，其他夸克有可能以物質(zhì)—反物質(zhì)對的形式出現(xiàn)。1980年歐洲核子研究中心(CERN)繆子合作組的一項實驗指出，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的朱利安·羅霍及其同事發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，證明質(zhì)子動量的一小部分(約0.5%)來自粲夸克。
為分離出粲夸克，羅霍團隊使用機器學習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)十年來粒子加速器實驗中50多萬次真實碰撞獲得的數(shù)據(jù)進行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果質(zhì)子不包含粲夸克—反粲夸克對，獲得實驗結(jié)果的幾率為0.3%(統(tǒng)計顯著性為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。團隊也研究了LHC底夸克實驗(LHCb)Z玻色子實驗的最新結(jié)果，并分別模擬了有無粲夸克時質(zhì)子動量的統(tǒng)計分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果假設質(zhì)子包含粲夸克，則模型與結(jié)果更匹配。
劍橋大學科學家哈里·克利夫說，質(zhì)子包含粲夸克可能對LHC等粒子加速器上開展的其他物理實驗產(chǎn)生影響，因為它們依賴質(zhì)子結(jié)構(gòu)的精確模型。羅霍表示，冰立方中微子觀測站可能也需要考慮這種新結(jié)構(gòu)。
