核-核碰撞中顶级夸克产生的第一个证据
夸克（quark）是一种基本粒子，是构成物质的基本单元。夸克有六种“味”，分别是上、下、粲、奇、底及顶。顶夸克属于费米子中的第三代夸克，也是已知最重的基本粒子。
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夸克几乎总是衰变成b夸克和W玻色子。后者进一步衰减为轻子或夸克，可以被检测到并形成所谓的“最终状态”。如下图所示顶夸克衰减到其它粒子的过程，每个粒子的平均衰减时间显示在x轴上。夸克-胶子等离子体密度的演变（y轴）显示为时间的函数。
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来自世界各地研究机构的科学家们与CMS协作合作，最近首次收集了核与核碰撞中产生顶夸克的最早证据。CMS协作，全称：Compact Muon Solenoid，中译为：紧凑μ子线圈，是欧洲核子研究组织CERN的大型强子对撞机计划的两大通用型粒子侦测器中的一个。
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该最新研究结果论文基于大型强子对撞机（LHC）CMS粒子检测器收集的铅-铅碰撞数据，题为：“核-核碰撞中顶级夸克产生的证据”，发表在《物理评论快报》上。
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直到几年前，大多数研究重离子，即为加速目的已完全剥离电子的高质量核的物理学家都，对顶夸克（最重的基本粒子）的可能性持怀疑态度。迄今为止已知的，可以在重离子碰撞中进行研究。实际上，当时还不清楚LHC是否能够以足够高的碰撞率，也称为发光度，维持重离子之间的碰撞。然而，最近，LHC加速器专家能够达到该速率，并超过了重离子碰撞的初始发光度目标。
【核-核碰撞中顶级夸克产生的第一个证据】在重离子碰撞中研究顶夸克似乎不如在质子-质子碰撞中可行的另一个原因是，当碰撞重离子时，单个核子的最大动能大大小于质子-质子碰撞中的相应能量。由于顶夸克的生成速度在很大程度上取决于碰撞能量，即能量越大，夸克越容易产生，因此在基于重离子碰撞中生产这些粒子似乎具有挑战性。
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大型强子对撞机的建立还旨在减少重离子碰撞的时间，而将更多的时间用于质子-质子碰撞，这反映了粒子物理学界的优先考虑。例如，在一年中，通常要花费一个月的时间来产生重离子碰撞，而在质子-质子碰撞中要花费6到7个月。
重离子碰撞产生的颗粒比普通的质子-质子碰撞要多得多，这会使检测颗粒和分析收集的重离子相关数据变得非常困难。这些因素共同阻碍和减慢了重离子碰撞中顶夸克的研究，即使它们经常在质子-质子碰撞中被发现也是如此。
五年前，欧洲核子研究组织的研究人员首次发表了重离子碰撞中顶夸克的生产率预测。尽管大型强子对撞机的生产率相对较低，但他们认为顶夸克可以帮助探测所谓的夸克-等离子体，它被认为是物质存在于宇宙生命的第一微秒内的状态，也可能存在于当今宇宙中的中子星密集核中。可以通过碰撞重离子，例如铅（Pb），在实验室环境中重现这种物质状态。
顶夸克对于探测夸克-等离子体和研究胶子在核内的分布都可能有用。但是，这两种用途需要不同类型的碰撞，前者是对称碰撞，后者是对称和非对称碰撞。 研究人员必须高度自信地证明，在核-核碰撞中实际上可以检测到顶夸克。
在该最新研究中，他们结合了两种实验方法：一种受夸克-等离子体的存在影响，另一种与夸克-等离子体无关。这些方法中的第一种利用了底部夸克的存在。底夸克可以提供顶夸克产生的提示，因为后者几乎总是衰减到前者。另一方面，第二种方法仅专注于电子和μ子的研究。
该合作研究团队的第一个收集测量值的方法，是该测量值仅根据轻子信息提取顶夸克信号。此外，他们使用了一种完全由数据驱动的新分析技术来仔细估计背景信息。如图所示铅-铅碰撞事件被解释为目击了顶级夸克的特征，即电子、μ子和b夸克。
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这项最新研究中的分析研究方法可能为研究夸克-等离子体的时间维度开辟了新的可能性。核子由三个称为夸克的基本粒子组成。这些夸克之间的相互作用是由另一类称为胶子的粒子介导的，它们之间的相互作用是如此强烈，从理论上讲，没有外力应该能够影响它们的行为，甚至是原子核内不同粒子之间的强大作用力也是如此。
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