科技日報訊 （記者陳丹）夸克是比質(zhì)子、中子更微小的物質(zhì)組成基本粒子，但它們并不會自然、獨立地存在于自然界中，只有當粒子（電子或質(zhì)子）以接近光速發(fā)生碰撞時，才有可能被制造出來，并且轉(zhuǎn)瞬又會衰變成其他物質(zhì)。美國能源部費米國家加速器實驗室的CDF和Dzero兩個實驗小組日前共同宣布，他們已經(jīng)觀察到了創(chuàng)建一個頂夸克的最罕見方式——通過弱核力生成s-通道單頂夸克。這項發(fā)現(xiàn)有助于科學家們完整地了解頂夸克的“面貌”。

頂夸克是最重、最令人費解的基本粒子之一。它們的重量甚至超過了希格斯玻色子，幾乎與一個金原子相當。在6種夸克中，頂夸克是最后被找到的，迄今只有兩臺機器曾經(jīng)創(chuàng)建過它們：費米實驗室的Tevatron粒子加速器和歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）。按照粒子物理標準模型這一理論框架的預測，有幾種方式可以產(chǎn)生頂夸克，其中最常見也是首先被觀察到的方式就是：在粒子碰撞事件中，通過強核力創(chuàng)建出由一個頂夸克和它的反物質(zhì)反頂夸克組成的對子。

在碰撞中通過弱核力產(chǎn)生單頂夸克非常罕見，對這一過程的探測也最具挑戰(zhàn)性，而這也是Tevatron粒子加速器的終極目標之一。據(jù)物理學家組織網(wǎng)2月25日(北京時間)報道，兩個實驗小組的科學家對Tevatron粒子加速器在2001年至2011年間開展的超過500萬億次質(zhì)子—反質(zhì)子對撞實驗所獲得的數(shù)據(jù)進行了分析和篩選，最終確認在大約40次粒子對撞中，弱核力產(chǎn)生了與單底夸克成對的單頂夸克。

尋找單頂夸克的難度猶如大海撈針：在500億次粒子加速器碰撞事件中，只有一次會產(chǎn)生s-通道單頂夸克。科學家僅從中選定了一小部分，將它們從背景中分離出來，這也是為什么在這一特定通道觀測到的數(shù)量如此之少的緣故。不過，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計顯著性對于宣布一項發(fā)現(xiàn)已是綽綽有余。

CDF和Dzero兩個實驗小組是在2009年首次觀察到粒子對撞中由弱核力產(chǎn)生單頂夸克的。這一結果后來獲得了大型強子對撞機實驗的證實。“這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，為標準模型提供了一個有價值的補充。”美國能源部高能物理科學分部副主任詹姆斯·西格里斯特說。