粒子物理学的世界最近一直处于摇摇欲坠的状态。多年来，研究人员一直在仔细检查粒子，以确保我们用来解释宇宙的规则能够成立——结果令人不安。 为了增加这项努力，使用大型强子对撞机 (LHC) 的物理学家现在以前所未有的精度测量了已知最重的基本粒子。 在粒子物理学标准模型（预测构成我们世界的所有粒子行为的规则集）急需的胜利中，新计算的误差范围明显小于以前的计算，这给物理学家增强了对粒子真实质量的信心。 但这并不意味着案件已经结束——这次测量可能只是更深入地了解我们的宇宙如何运作的开始。 所讨论的基本粒子被称为顶夸克，它是所有已知基本粒子中质量最大的，有助于我们理解宇宙的基本部分。 重要的是，它的质量来自与难以捉摸的希格斯玻色子的耦合。这种伙伴关系是我们在标准模型中所知道的这种规模的最强耦合。 （科学警报） 同样重要的是顶夸克衰变为什么。一旦它通过对撞机被粉碎，顶夸克只能通过弱力衰变，它会衰变为 W 玻色子（通常是底夸克）。 如果您是 ScienceAlert 的常客，您可能会认为 W玻色子是最近争议的中心。 经过多年试图在标准模型中戳洞，研究人员最近发布了令人信服的积压证据，表明之前对 W 玻色子质量的估计实际上可能是错误的。 如果这些发现得到进一步证实，则表明整个标准模型可能是错误的。 这就是顶夸克发挥作用的地方——我们可以利用它的质量来预测希格斯玻色子和 W 玻色子，因此获得最准确的测量值至关重要。 ＂值得注意的是，我们对宇宙稳定性的了解取决于我们对希格斯玻色子和顶夸克质量的综合了解，＂领导这项研究的欧洲核研究理事会 (CERN) 的新闻稿解释说。 ＂我们只知道宇宙非常接近亚稳态，以目前对顶夸克质量的测量精度。如果顶夸克质量稍有不同，从长远来看，宇宙将不太稳定，最终可能会在类似于大爆炸的暴力事件中消失。＂ 虽然能够像我们对常规物体进行＂称重＂以找出它们的质量一样＂称重＂这些粒子可能听起来很简单，但实际上并不那么容易。 为了产生诸如顶夸克之类的基本粒子，物理学家在大型强子对撞机等装置中将称为质子的亚原子粒子粉碎在一起。每次碰撞都会导致一系列其他粒子被喷出，使研究人员能够在受控环境中研究这些副产品。 但实际观察每个粒子的属性仍然很棘手。当我们开始谈论这些令人难以置信的小尺度时，我们进入了量子领域——粒子变得有点模糊，很难准确确定它们的质量是多少。 有一些方法可以解决这个问题。一种是多次运行实验，然后对结果进行统计处理。另一个是使用不同的方法。在这种情况下，研究人员直接测量了粒子，同时还使用其他形式的数据结合既定理论进行了测量（在这种情况下称为极质量测量）。 根据研究人员的说法，他们的新结果比之前基于相同数据的计算精确了 0.12 GeV，使粒子达到 172.76 千兆电子伏特（给或取 0.3 个千兆电子伏特）。CERN 研究人员说，这与我们对基于标准模型的理论的期望非常吻合 。 以前的顶夸克质量测量和不确定性（左），以及最新的测量（右）。（CMS、大型强子对撞机、欧洲核子研究中心） 精度的提高归功于新的分析方法，该方法使用比以前更多的变量来更好地处理测量之间的不确定性。 最新的测量结果着眼于 2016 年大型强子对撞机的紧凑型介子螺线管 (CMS) 探测器进行的碰撞数据。欧洲核子研究中心的研究人员研究了产生一对顶夸克的碰撞事件的五种不同特性。他们研究的性质取决于顶夸克的质量——以前的研究只研究了最多三个事件的性质。 然后，该团队以极高的精度校准了该数据集，以确定仍然存在哪些不确定性——然后他们可以提取这些不确定性，并在确定最适合顶夸克质量的最终值时更好地理解它们。 虽然这一结果本身是粒子物理学向前迈出的一大步，也是标准模型的初步胜利，但CERN 表示，当将相同的方法应用于 2017 年和 2018 年 CMS 探测器收集的数据集时，我们可以期待更高的精度——更何况未来，已经破纪录的来了。大型强子对撞机在关闭三年后才重新启动，并且已经打破了记录。 可以肯定地说，通过这种更新的质量测量以及提供它的技术，我们将更深入地了解我们对宇宙最微小方面的理解。关注此空间。