第三代轻子夸克质量下限设定

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  据物理学家组织网近日报道,欧洲核子研究中心紧凑渺子线圈(CMS)国际合作组近日发布了其寻找第三代轻子夸克的最新结果:他们未曾在质子-质子对撞中发现第三代轻子夸克的“芳踪”,但对其质量进行了进一步的限定——这种粒子的质量至少为0.98—1.73太电子伏特(TeV,万亿电子伏特),这是科学家迄今对这一粒子进行的最严苛质量限定。

  在最基本的层面上,物质由轻子和夸克这两种基本粒子组成。轻子包括电子、缪子、陶子和与之相应的中微子;夸克则包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克,这些夸克组合在一起形成了质子、中子和其他复合粒子。

  粒子物理学标准模型表明,轻子和夸克都有三代,其质量不断递增。而且,这两类粒子迥然不同。但一些试图扩展标准模型的理论预言称,存在一种名为“轻子夸克”的粒子,这种粒子通过夸克和轻子之间的相互作用将夸克和轻子结合在一起。

  在最新研究中,CMS合作组在质子-质子发生碰撞的数据样本中寻找第三代轻子夸克。研究人员称,这种轻子夸克可用来解释标准模型中出现的一系列“反常”情况——科学家在被称为B介子粒子的某些转换中已看到这些反常情况,但仍未获得证实。

  这些质子-质子以13太电子伏特的能量在大型强子对撞机内发生对撞,CMS合作组在2016年至2018年期间记录了相关数据,希望从中找到能转化为一个顶(或底)夸克和一个陶轻子或陶中微子的轻子夸克对,以及与陶中微子一起产生并转化为一个顶夸克和一个陶轻子的单轻子夸克。

  但结果表明,他们没有发现任何此类轻子夸克在对撞中产生的迹象。不过,他们借助新研究,设定了此类轻子夸克的质量下限:至少为0.98—1.73太电子伏特——取决于其内在自旋及它们与夸克和轻子相互作用的强度,这一质量边界是迄今科学家给出的最严苛的第三代轻子夸克的质量下限。他们将继续搜寻轻子夸克的“芳踪”。

  总编辑圈点

  标准物理模型描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子。它是构筑物理学的大厦之一。但总有一些现象,尚不能完全用标准模型解释,于是就有了它的拓展版。在扩展版中,存在更多不同形态的粒子。用大型对撞机让粒子撞出“世间万象”,是科学家的期待。在粒子对撞产生的纷繁多样的数据中,欧核中心划定了第三代轻子夸克的质量下限。划定界限也有意义,它缩小了搜寻范围,提示了后来者寻找轻子夸克的努力方向。

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