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物理学家发现未知粒子

  翻译 | Linvo
  "物质的基本组成部分是质子和中子,它们都是由三个紧密结合的夸克组成的,"麻省理工学院的李博士说。
  "多年来,我们一直认为,出于某种原因,大自然选择了只由两三个夸克组成的粒子。"
  "直到最近,我们才开始看到奇异的四夸克的迹象,四夸克是由四个夸克组合而成的罕见粒子。"
  "我们怀疑X(3872)要么是一个紧凑的四夸克,要么是一种全新的分子,它不是由原子组成,而是由两个松散结合的介子组成的——由两个夸克组成的亚原子粒子。"
  X(3872)于2003年由日本的Belle实验首次发现,Belle实验是一个粒子对撞机,它将高能正负电子碰撞在一起。
  然而,在这种环境下,这些稀有粒子衰变得太快,物理学家无法详细研究它们的结构。
  有人假设X(3872)和其他外来粒子可能在夸克胶子等离子体中被更好地照亮。
  "从理论上讲,等离子体中有如此多的夸克和胶子,X粒子的产生应该很容易,"李博士说。
  "但人们认为寻找它们太困难了,因为在这个夸克汤中产生了太多其他粒子。"
  在这项研究中,李博士和同事们在大型强子对撞机(LHC)中的重离子碰撞产生的夸克胶子等离子体中寻找X粒子的迹象。
  "一切刚刚开始。我们已经证明我们能找到信号。在接下来的几年里,我们想要使用夸克胶子等离子体来探测X粒子的内部结构,这可能会改变我们对宇宙产生物质的看法,"李博士说。
  CMS的研究人员基于LHC 2018年的数据进行分析,其中包括130多亿次铅离子碰撞,每一次碰撞都会释放出夸克和胶子,这些夸克和胶子在冷却和衰变之前分散和合并,形成超过一千万亿个短寿命粒子。
  "在夸克胶子等离子体形成并冷却后,产生了如此多的粒子,背景干扰非常强烈,"李博士说。
  "所以我们必须清除这些背景干扰,这样我们才能最终在数据中看到X粒子。"
  为了做到这一点,该团队使用了一种机器学习算法,他们训练该算法来识别X粒子的衰减模式特征。
  粒子在夸克胶子等离子体中形成后,很快就会分解成"子"粒子,然后散开。对于X粒子,这种衰变模式,或角分布,不同于所有其他粒子。
  科学家们确定了描述X粒子衰变模式形状的关键变量。
  他们训练了一种机器学习算法来识别这些变量,然后将LHC碰撞实验的实际数据输入算法。
  该算法能够筛选极其密集和嘈杂的数据集,以挑选出可能是X粒子衰变结果的关键变量。
  麻省理工学院(MIT)博士后研究员王静(Jing Wang)博士说:"我们设法将背景噪音降低了几个数量级,以看到信号。"
  CMS团队放大了这些信号,并观察到一个特定质量的峰值,表明存在X(3872)粒子,总共约100个。
  "我们能从这么大的数据集中梳理出这100个粒子,这几乎是不可想象的,"李博士说。
  "每天晚上我都会问自己,这真的是一个信号吗?"最后,数据证实了这一点!"王博士补充说。
  该团队的研究发表在《物理评论快报》杂志上。
  A. M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration). 2022. Evidence for X(3872) in Pb-Pb Collisions and Studies of its Prompt Production at  sNN=5.02  TeV. Phys. Rev. Lett 128 (3): 032001; doi: 10.1103/PhysRevLett.128.032001原文:
  http://www.sci-news.com/physics/x-3872-particles-quark-gluon-plasma-10488.html

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