帕頓淋浴中的魅力夸克（c）通過(guò)以膠子（g）的形式發(fā)射輻射而失去能量。淋浴在夸克周圍顯示一個(gè)被抑制輻射的死錐，其角度小于夸克質(zhì)量（m）和能量（E）的比率。在淋浴的每個(gè)階段，能量都會(huì)減少。圖片來(lái)源：歐洲核子研究中心

ALICE在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的合作首次直接觀測(cè)到死錐效應(yīng)——這是強(qiáng)力理論的基本特征，該理論將夸克和膠子結(jié)合成質(zhì)子、中子，并最終形成所有原子核。除了證實(shí)這種效應(yīng)之外，今天發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中報(bào)道的觀察結(jié)果，為在單個(gè)魅力夸克被限制在強(qiáng)子內(nèi)部之前的質(zhì)量提供了直接的實(shí)驗(yàn)途徑。

“直接觀察死錐體是非常具有挑戰(zhàn)性的，”ALICE發(fā)言人Luciano Musa說(shuō)?！暗牵ㄟ^(guò)使用LHC質(zhì)子 – 質(zhì)子碰撞的三年數(shù)據(jù)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，我們終于能夠發(fā)現(xiàn)它。

夸克和膠子，統(tǒng)稱為帕頓子，是在粒子碰撞中產(chǎn)生的，例如在LHC發(fā)生的粒子碰撞。在它們被創(chuàng)造之后，帕頓經(jīng)歷了一系列稱為帕頓淋浴的事件，其中它們通過(guò)以膠子的形式發(fā)射輻射來(lái)失去能量，膠子也發(fā)射膠子。這種噴雨的輻射圖取決于發(fā)射膠子的帕頓的質(zhì)量，并在帕頓的飛行方向周圍顯示一個(gè)區(qū)域，其中膠子發(fā)射被抑制 – 死錐。

從三十年前的強(qiáng)力理論的第一原理預(yù)測(cè)，死錐已經(jīng)在粒子對(duì)撞機(jī)上間接觀察到。然而，直接從帕頓淋浴的輻射方向圖觀察它仍然具有挑戰(zhàn)性。造成這種情況的主要原因是，死錐可以填充發(fā)射的帕頓變換成的粒子，并且很難在整個(gè)淋浴過(guò)程中確定帕頓的變化方向。

隨著帕頓陣雨的進(jìn)行，膠子以較小的角度發(fā)射，夸克的能量減少，導(dǎo)致更大的膠子發(fā)射死錐被抑制。圖片來(lái)源：歐洲核子研究中心

ALICE的合作通過(guò)將最先進(jìn)的分析技術(shù)應(yīng)用于LHC上大量的質(zhì)子 – 質(zhì)子碰撞樣本來(lái)克服這些挑戰(zhàn)。這些技術(shù)可以將帕頓淋浴從其最終產(chǎn)品中卷回過(guò)去 – 由稱為射流的顆粒噴霧留在ALICE探測(cè)器中的信號(hào)。通過(guò)尋找包含含有魅力夸克的粒子的射流，研究人員能夠識(shí)別出由這種類型的夸克產(chǎn)生的射流，并追溯夸克的整個(gè)膠子排放歷史。將魅力夸克的膠子發(fā)射模式與膠子和幾乎無(wú)質(zhì)量的夸克的膠子發(fā)射模式進(jìn)行比較，然后揭示了魅力夸克模式中的死錐。

結(jié)果還直接暴露了魅力夸克的質(zhì)量，因?yàn)槔碚擃A(yù)測(cè)無(wú)質(zhì)量粒子沒有相應(yīng)的死錐。

“夸克質(zhì)量是粒子物理學(xué)中的基本量，但它們不能在實(shí)驗(yàn)中直接訪問和測(cè)量，因?yàn)槌隧斂淇酥猓淇硕急幌拗圃趶?fù)合粒子內(nèi)，”ALICE物理協(xié)調(diào)員Andrea Dainese解釋說(shuō)?！拔覀冎苯佑^察帕頓淋浴死錐的成功技術(shù)可能提供了一種測(cè)量夸克質(zhì)量的方法。