一對頂夸克在LHC內(nèi)產(chǎn)生的藝術(shù)圖。圖片來源：歐洲核子研究中心官網(wǎng)

夸克是科學(xué)家們認(rèn)為不能再分割的一種基本粒子，目前已知的夸克包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、底夸克和頂夸克6種，其中頂夸克是已知最重的基本粒子。

科學(xué)家們認(rèn)為，盡可能深入地了解頂夸克有助更好地測試粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型。如果精確地知道W玻色子和希格斯玻色子的質(zhì)量，則可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測頂夸克的質(zhì)量。同樣，利用頂夸克和希格斯玻色子的質(zhì)量，可以預(yù)測W玻色子質(zhì)量。

此外，科學(xué)家們對宇宙穩(wěn)定性的認(rèn)識取決于對希格斯玻色子和頂夸克質(zhì)量的綜合認(rèn)知。如果頂夸克的質(zhì)量處于此前所測量的精度，那么宇宙非常接近亞穩(wěn)狀態(tài)；而如果頂夸克的質(zhì)量稍有不同，從長遠(yuǎn)來看，宇宙將不太穩(wěn)定，最終可能在類似于大爆炸的劇烈事件中消失。

為對頂夸克質(zhì)量開展更精確測量，CMS團(tuán)隊(duì)使用了CMS探測器在2016年收集的發(fā)生在LHC內(nèi)的質(zhì)子—質(zhì)子對撞數(shù)據(jù)，測量了能夠產(chǎn)生一對頂夸克的碰撞事件的5種不同性質(zhì)。之前的分析只測量了其中3種，而這些性質(zhì)都取決于頂夸克的質(zhì)量。

此外，該團(tuán)隊(duì)對CMS數(shù)據(jù)進(jìn)行了極其精確的校準(zhǔn)，并深入了解了實(shí)驗(yàn)和理論的不確定性及其相互依賴性。通過這種創(chuàng)新方法，研究團(tuán)隊(duì)得出頂夸克質(zhì)量的數(shù)值為171.77±0.38GeV（十億電子伏特），與之前的測量和標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測相吻合。

CMS合作組表示，對不確定性的統(tǒng)計(jì)處理和更多屬性的使用極大地提升了測量精確度，如用新方法處理CMS探測器在2017年和2018年獲取的數(shù)據(jù)集，有望獲得更大發(fā)現(xiàn)。