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夸克内部

探索顶夸克的发现及其对我们理解物质结构和潜在新物理学的影响。

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不久前,物理学家们还在庆祝顶夸克的发现,这是他们物质标准模型中最后一个、最难以捉摸的组成部分。但现在,发现顶夸克的同一团队宣布了实验结果,如果得到证实,可能意味着物理学家们对物质的全面理解之路远未结束。 夸克本身可能由更小的粒子组成。费米国家加速器实验室的物理学家史蒂夫·吉尔说,这场实验有可能让我们开始看到新的物理现象。从实验学家的角度来看,这很有趣。从本世纪初开始,物理学家们通过向其他微粒发射微小的粒子,并观察它们碰撞时的反应来探索物质的结构。他们发现原子有一个原子核,原子核包含质子和中子,而这些粒子反过来又由夸克和胶子组成——将夸克结合在一起的粒子。但大多数物理学家认为夸克是物质的最小构建块。吉尔和他在费米实验室的同事将质子及其反物质对应物——反质子加速到接近光速,然后将它们撞击在一起。 在这种速度下,这些粒子通常会直接穿过彼此——毕竟,质子和反质子大部分是空的空间,所以它们内部的夸克和胶子就像夜间的海军中队一样擦肩而过。但偶尔,两个夸克或一个夸克和一个胶子会正面相撞,并沿着一侧喷射出来,以及由碰撞能量产生的一些其他粒子。标准模型预测了应该发生多少次这样的碰撞。但吉尔说,在最高能量下,我们看到的碰撞次数比标准模型预测的要多出大约 50%。 发生了什么?现在下定结论还为时过早,尽管猜测层出不穷。一些理论家认为,标准模型对结合夸克的力量的描述可能需要重写;另一些人认为夸克可能撞击到一种前所未见的、寿命极短的粒子,称为 Z¢,这种粒子被认为参与弱相互作用,而弱相互作用控制着放射性衰变。吉尔说,夸克本身可能由更小的组成部分组成。他说,能够学习标准模型之外的物理学,当然会很好。

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