部分子簇射中的粲夸克（c）通過發(fā)射膠子（g）而失去能量。簇射在粲夸克周圍顯示一個抑制輻射的死錐區(qū)，其角度小于夸克的質(zhì)量（m）和能量（E）之比。

圖片來源：歐洲核子研究中心官網(wǎng)

據(jù)歐洲核子研究中心官網(wǎng)近日報道，大型強子對撞機（LHC）上開展的大型重離子對撞機實驗（ALICE）首次直接觀測到了粒子物理學(xué)領(lǐng)域的一個基本效應(yīng)——“死錐效應(yīng)”，還直接揭示了粲夸克的質(zhì)量。相關(guān)研究發(fā)表于最新一期《自然》雜志，有望為科學(xué)家們提供一種測量夸克質(zhì)量的新方法。

“死錐效應(yīng)”是強力理論的一部分。強力是將夸克和膠子結(jié)合成質(zhì)子、中子并最終形成原子核的作用力，是宇宙中已知四種基本力之一，另外三種分別是引力、電磁力和弱力。夸克是科學(xué)家認為不能再分割的一種基本粒子，目前已知的夸克包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、底夸克和頂夸克6種。

夸克和膠子統(tǒng)稱部分子，在LHC等裝置內(nèi)進行的粒子碰撞中產(chǎn)生。部分子被制造出來后，會經(jīng)歷一系列被稱為部分子簇射的事件，部分子以膠子的形式發(fā)射輻射而失去能量（膠子也會發(fā)射膠子）。簇射的輻射模式取決于發(fā)射膠子的部分子的質(zhì)量，并顯示了部分子飛行方向周圍的一個區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)膠子的發(fā)射受到抑制，這就是所謂的“錐區(qū)”。

30年前，根據(jù)強力理論的第一性原理，科學(xué)家在粒子對撞機內(nèi)間接觀測到了“錐區(qū)”，但通過部分子簇射的輻射模式直接觀察它仍然極具挑戰(zhàn)性，主要原因在于：錐區(qū)可被發(fā)射的部分子轉(zhuǎn)換成的粒子填充，且很難確定部分子在整個簇射過程中的變化方向。

在最新研究中，ALICE合作組織通過將最先進的分析技術(shù)應(yīng)用于LHC上的質(zhì)子—質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù)，克服了這些挑戰(zhàn)。這些分析技術(shù)可通過最終產(chǎn)物，也就是留在ALICE探測器內(nèi)的粒子噴射留下的信號回溯部分子簇射的情況。研究人員將粲夸克的膠子發(fā)射模式與膠子和幾乎無質(zhì)量夸克的膠子發(fā)射模式進行比較，發(fā)現(xiàn)粲夸克的模式中存在一個“錐區(qū)”。這一結(jié)果還直接揭示了粲夸克的質(zhì)量，因為理論預(yù)測無質(zhì)量粒子沒有相應(yīng)的“錐區(qū)”。

研究人員指出：“夸克質(zhì)量是粒子物理學(xué)領(lǐng)域的基本量，但它們不能在實驗中直接獲得，因為除頂夸克外，其他夸克被限制在復(fù)合粒子內(nèi)，最新研究或為我們提供一種測量夸克質(zhì)量的方法。”