美国费米实验室通过弱核力成功生成s通道单顶夸克

　　上图表显示了s-通道单顶夸克的产生过程：在Tevatron粒子加速器中，来自注入质子的夸克和来自注入反质子的反夸克相互作用，形成一个质量更大的W玻色子;W玻色子随即衰变成一个顶夸克和一个反底夸克，并被CDF和Dzero两个实验小组探测到。费米国家加速器实验室供图

　　夸克是比质子、中子更微小的物质组成基本粒子，但它们并不会自然、独立地存在于自然界中，只有当粒子(电子或质子)以接近光速发生碰撞时，才有可能被制造出来，并且转瞬又会衰变成其他物质。美国能源部费米国家加速器实验室的CDF和Dzero两个实验小组日前共同宣布，他们已经观察到了创建一个顶夸克的最罕见方式——通过弱核力生成s-通道单顶夸克。这项发现有助于科学家们完整地了解顶夸克的“面貌”。

　　顶夸克是最重、最令人费解的基本粒子之一。它们的重量甚至超过了希格斯玻色子，几乎与一个金原子相当。在6种夸克中，顶夸克是最后被找到的，迄今只有两台机器曾经创建过它们：费米实验室的Tevatron粒子加速器和欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)。按照粒子物理标准模型这一理论框架的预测，有几种方式可以产生顶夸克，其中最常见也是首先被观察到的方式就是：在粒子碰撞事件中，通过强核力创建出由一个顶夸克和它的反物质反顶夸克组成的对子。

　　在碰撞中通过弱核力产生单顶夸克非常罕见，对这一过程的探测也最具挑战性，而这也是Tevatron粒子加速器的终极目标之一。据物理学家组织网2 月25日(北京时间)报道，两个实验小组的科学家对Tevatron粒子加速器在2001年至2011年间开展的超过500万亿次质子—反质子对撞实验所获得的数据进行了分析和筛选，最终确认在大约40次粒子对撞中，弱核力产生了与单底夸克成对的单顶夸克。

　　寻找单顶夸克的难度犹如大海捞针：在500亿次粒子加速器碰撞事件中，只有一次会产生s-通道单顶夸克。科学家仅从中选定了一小部分，将它们从背景中分离出来，这也是为什么在这一特定通道观测到的数量如此之少的缘故。不过，数据的统计显著性对于宣布一项发现已是绰绰有余。

　　CDF和Dzero两个实验小组是在2009年首次观察到粒子对撞中由弱核力产生单顶夸克的。这一结果后来获得了大型强子对撞机实验的证实。“这是一个重要的发现，为标准模型提供了一个有价值的补充。”美国能源部高能物理科学分部副主任詹姆斯·西格里斯特说。