第三代輕子夸克質量下限設定

科技日報北京12月21日電 （記者劉霞）據物理學家組織網近日報道，歐洲核子研究中心緊湊渺子線圈（CMS）國際合作組近日發佈了其尋找第三代輕子夸克的最新結果：他們未曾在質子-質子對撞中發現第三代輕子夸克的“芳蹤”，但對其質量進行了進一步的限定——這種粒子的質量至少為0.98—1.73太電子伏特（TeV，萬億電子伏特），這是科學家迄今對這一粒子進行的最嚴苛質量限定。

在最基本的層面上，物質由輕子和夸克這兩種基本粒子組成。輕子包括電子、繆子、陶子和與之相應的中微子；夸克則包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、頂夸克和底夸克，這些夸克組合在一起形成了質子、中子和其他複合粒子。

粒子物理學標準模型表明，輕子和夸克都有三代，其質量不斷遞增。而且，這兩類粒子迥然不同。但一些試圖擴展標準模型的理論預言稱，存在一種名為“輕子夸克”的粒子，這種粒子通過夸克和輕子之間的相互作用將夸克和輕子結合在一起。

在最新研究中，CMS合作組在質子-質子發生碰撞的數據樣本中尋找第三代輕子夸克。研究人員稱，這種輕子夸克可用來解釋標準模型中出現的一系列“反常”情況——科學家在被稱為B介子粒子的某些轉換中已看到這些反常情況，但仍未獲得證實。

這些質子-質子以13太電子伏特的能量在大型強子對撞機內發生對撞，CMS合作組在2016年至2018年期間記錄了相關數據，希望從中找到能轉化為一個頂（或底）夸克和一個陶輕子或陶中微子的輕子夸克對，以及與陶中微子一起產生並轉化為一個頂夸克和一個陶輕子的單輕子夸克。

但結果表明，他們沒有發現任何此類輕子夸克在對撞中產生的跡象。不過，他們藉助新研究，設定了此類輕子夸克的質量下限：至少為0.98—1.73太電子伏特——取決於其內在自旋及它們與夸克和輕子相互作用的強度，這一質量邊界是迄今科學家給出的最嚴苛的第三代輕子夸克的質量下限。他們將繼續搜尋輕子夸克的“芳蹤”。

總編輯圈點

標準物理模型描述強力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質的基本粒子。它是構築物理學的大廈之一。但總有一些現象，尚不能完全用標準模型解釋，於是就有了它的拓展版。在擴展版中，存在更多不同形態的粒子。用大型對撞機讓粒子撞出“世間萬象”，是科學家的期待。在粒子對撞產生的紛繁多樣的數據中，歐核中心劃定了第三代輕子夸克的質量下限。劃定界限也有意義，它縮小了搜尋範圍，提示了後來者尋找輕子夸克的努力方向。