版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請聯(lián)系我們

比上夸克重100萬億倍!發(fā)現(xiàn)頂夸克25年后,現(xiàn)在又有新發(fā)現(xiàn)了!

博科園
科學(xué)、科技、科研、科普
收藏

在頂夸克被發(fā)現(xiàn)25年后,歐洲核子研究中心ATLAS實驗的物理學(xué)家,對已知最重基本粒子頂夸克又有了新見解(比上夸克重100萬億倍)。在大型強子對撞機第二次運行(2015-2018年)期間收集的大量數(shù)據(jù),使物理學(xué)家能夠非常詳細(xì)地研究頂夸克的罕見產(chǎn)生過程,包括它與其他重基本粒子的產(chǎn)生。在發(fā)表在《arXiv》的新研究中,ATLAS合作報告了使用完整的RUN-2數(shù)據(jù)集觀察到與Z玻色子(TZq)相關(guān)的單個頂夸克。

從而證實了ATLAS和CMS使用較小數(shù)據(jù)集的早期結(jié)果,為了獲得這個新的結(jié)果,物理學(xué)家們研究了ATLAS探測器記錄超過200億個碰撞事件,尋找具有三個孤立的輕子(電子或μ子)的事件,垂直(橫向)于質(zhì)子束平面上的動量不平衡,以及來自夸克碎裂的兩到三個強子噴射(其中一個噴射來自底夸克)。僅識別了大約600個具有這種特征的候選事件(即信號區(qū)),并且盡管有嚴(yán)格的選擇標(biāo)準(zhǔn),但預(yù)計只有大約120個候選事件來自Z玻色子生產(chǎn)過程。

(上圖所示)其中一個信號區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出(ONN)分布,數(shù)據(jù)以黑色顯示,模擬信號以洋紅色顯示,背景以其他顏色顯示,ON譜的較高部分由信號事件主導(dǎo)。圖片:ATLAS Collaboration/CERN

為了最好地將信號從背景過程中分離出來,ATLAS物理學(xué)家訓(xùn)練了一個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來使用精確的模擬數(shù)據(jù)來識別Z玻色子事件。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為每個事件提供了一個分?jǐn)?shù)(Onn),表示它看起來有多像信號過程。為了檢查提供給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬是否很好地描述了真實數(shù)據(jù),物理學(xué)家觀察了由后臺過程主導(dǎo)具有相似特征(控制區(qū))的事件,還檢查了600個選定信號區(qū)事件的各種運動學(xué)分布。

研究人員評估了信號區(qū)域和對照區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得分,以便可以使用真實數(shù)據(jù)限制背景水平。提取Z玻色子信號,并計算在給定數(shù)據(jù)樣本(即橫截面)中產(chǎn)生這種事件的速率。提取截面的不確定度為14%。這比之前的ATLAS結(jié)果精確度高出兩倍多,后者基于的數(shù)據(jù)幾乎少了四倍(2015年和2016年)。發(fā)現(xiàn)截面與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測一致,證實了即使是標(biāo)準(zhǔn)模型中最重的粒子也仍然表現(xiàn)為點狀基本粒子。

(上圖所示)對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出(ONN)>0.4的事件,重建Z玻色子橫向動量的分布,數(shù)據(jù)以黑色顯示,模擬信號以洋紅色顯示,背景以其他顏色顯示。圖片:ATLAS Collaboration/CERN

此外,通過選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別為很可能是Z玻色子(onn>0.4)的事件,ATLAS物理學(xué)家可以檢查標(biāo)準(zhǔn)模型計算是否很好地描述了運動學(xué)分布。隨著對Z玻色子生產(chǎn)過程的觀察現(xiàn)在得到證實,ATLAS的研究人員可以預(yù)計它的研究將更加詳細(xì)。作為運動學(xué)變量函數(shù)截面測量將能讓物理學(xué)家仔細(xì)探測頂夸克與其他粒子的相互作用。會不會有更多數(shù)據(jù)揭開一些意想不到的面紗?期待看到大自然在頂夸克世界里隱藏著什么。

博科園|www.bokeyuan.net

博科園|研究/來自:ATLAS Experiment

參考期刊《arXiv》

Cite: arXiv:2002.07546

博科園|科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)