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    与标准模型预测一致!对撞机新发现:顶夸克对中电荷不对称的证据

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    • 阿特拉斯实验(ATLAS)研究的最有趣粒子之一是顶夸克。作为已知最重的基本粒子,顶夸克在粒子物理标准模型中发挥着独特的作用,也许在超越标准模型的物理中也是如此。在欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)的运行过程中,质子束在质心能量为13tev情况下发生高亮度的碰撞。这使得阿特拉斯能够探测和测量涉及顶夸克反顶夸克对的空前事件,为阿特拉斯的物理学家,提供了一个独特机会来深入了解顶夸克性质。

      与标准模型预测一致!对撞机新发现:顶夸克对中电荷不对称的证据

      由于参与产生粒子之间存在“偷偷摸摸”的干涉,在ATLAS探测器中,顶夸克和反顶夸克质子束方向产生的量并不相等。相反,顶夸克优先在LHC碰撞中心产生,而反顶夸克优先在较大度产生。这就是所谓的“电荷不对称”。

      电荷不对称类似于费实验室Tevatron对撞机测量到的一种现象,被称为“前后”不对称。在Tevatron,对撞束分别由质子和反质子组成,这导致顶夸克和反顶夸克以非中心的角度产生,但方向相反。观察到前后不对称,与改进的标准模型预测相一致。

      与标准模型预测一致!对撞机新发现:顶夸克对中电荷不对称的证据

      LHC中电荷不对称的影响预计非常小(< 1%),因为质子中产生的胶子(强作用力载体)散射形成的顶夸克对,主要生产模式不显示电荷不对称。残余不对称只能由包含夸克更复杂的散射过程产生。然而,干扰已知生产模式的新物理过程可能导致更大(甚至更小)值。因此,对电荷不对称精确测量是对标准模型的严格检验。在顶夸克的研究中,它是最微妙、最困难但又最重要的性质之一。在比利时根特举行的欧洲物理学会高能物理会议(EPS-HEP)上

      与标准模型预测一致!对撞机新发现:顶夸克对中电荷不对称的证据

      一项新ATLAS结果展示了完整运行的2个数据集,用于测量一个通道中的顶反顶产物,其中一个顶夸克衰变为一个带电轻子、一个中微子和一个强子“喷射”(强子的喷射);其他衰变为三个强子喷流。分析完全包括强子射流合并在一起的事件(所谓的“增强拓扑”)。ATLAS发现了顶夸克对事件中电荷不对称的证据,其显著性为四个标准差。测量到的电荷不对称性为0.0060±0.0015 (stat+syst.),与最新标准模型预测一致的测量结果很有把握地表明,观测到的电荷不对称性为非零。

      与标准模型预测一致!对撞机新发现:顶夸克对中电荷不对称的证据

      这是第一个使用完整运行2数据集的ATLAS top物理测量。经过几十年的测量,新地图集结果标志着一个非常重要的里程碑。数据集允许ATLAS测量电荷不对称作为顶反夸克系统质量函数。异常有效场论(EFT)耦合的结果界限,这些耦合参数化了新物理的效应,而这些效应是LHC无法直接产生的。这一新结果是阿特拉斯能力的另一个证明,研究微妙标准模型的影响具有很高的精度。观测到与标准模型预测的一致性,为理解粒子物理学在能量前沿的困惑提供了又一块拼图。

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