科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

在歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的緊湊繆子線圈實(shí)驗(yàn)（CMS）中，研究團(tuán)隊(duì)此前在質(zhì)子—質(zhì)子碰撞中觀察到一項(xiàng)意外特性，如今可能被其“姊妹實(shí)驗(yàn)”——超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)（ATLAS）證實(shí)。兩項(xiàng)獨(dú)立結(jié)果表明，頂夸克和它的反粒子可能會(huì)短暫結(jié)合，形成一種被稱(chēng)為“拓?fù)渑妓亍钡摹皽?zhǔn)束縛態(tài)”。這一發(fā)現(xiàn)于8日在法國(guó)馬賽召開(kāi)的歐洲物理學(xué)會(huì)高能物理大會(huì)上公布。

頂夸克是目前已知質(zhì)量最大、壽命最短的基本粒子，一般在產(chǎn)生后極快衰變，無(wú)法形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。然而，最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在特定條件下，它可能與反粒子短暫結(jié)合，交換膠子，形成非相對(duì)論狀態(tài)下的準(zhǔn)束縛態(tài)，這一過(guò)程過(guò)去被認(rèn)為難以在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中探測(cè)到。

去年，CMS研究團(tuán)隊(duì)在分析2016—2018年采集的數(shù)據(jù)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)頂夸克—反頂夸克對(duì)在能量閾值附近出現(xiàn)異?！斑^(guò)?！?。該現(xiàn)象恰好出現(xiàn)在生成一對(duì)頂夸克所需的最低能量處，這暗示著可能存在此前未曾觀測(cè)到的物理過(guò)程，即頂夸克和反頂夸克的短暫結(jié)合。

根據(jù)一種簡(jiǎn)化模型，CMS測(cè)得該異常信號(hào)的產(chǎn)生截面為8.8皮巴恩（pb），不確定度為1.3pb，顯著性達(dá)到5西格瑪，符合粒子物理學(xué)界宣布“發(fā)現(xiàn)”的標(biāo)準(zhǔn)。

在分析2015—2018年期間積累的LHC Run-2數(shù)據(jù)集時(shí)，ATLAS團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)了同樣的結(jié)果。其測(cè)得截面為9.0±1.3pb，統(tǒng)計(jì)顯著性達(dá)到7.7西格瑪，進(jìn)一步增強(qiáng)了證據(jù)的可靠性。

盡管拓?fù)渑妓厥亲钭匀坏慕忉專(zhuān)芯咳藛T不排除其他可能性，例如存在尚未被發(fā)現(xiàn)的新粒子，其質(zhì)量接近兩個(gè)頂夸克之和，也可能導(dǎo)致類(lèi)似信號(hào)。要確切揭示該現(xiàn)象背后的機(jī)制，還需依賴(lài)更精密的量子色動(dòng)力學(xué)計(jì)算與更多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

拓?fù)渑妓厝舯蛔罱K確認(rèn)，將成為繼粲偶素與底偶素之后，夸克偶素家族中的新成員，為高能物理研究打開(kāi)新的窗口。

目前，LHC第三輪運(yùn)行正在進(jìn)行，ATLAS和CMS將繼續(xù)借助更大數(shù)據(jù)集，深入探索頂夸克之間這段“難以捉摸的浪漫”。