物理学家发现未知粒子

翻译 | Linvo

“物质的基本组成部分是质子和中子，它们都是由三个紧密结合的夸克组成的，”麻省理工学院的李博士说。

“多年来，我们一直认为，出于某种原因，大自然选择了只由两三个夸克组成的粒子。”

“直到最近，我们才开始看到奇异的四夸克的迹象，四夸克是由四个夸克组合而成的罕见粒子。”

“我们怀疑X(3872)要么是一个紧凑的四夸克，要么是一种全新的分子，它不是由原子组成，而是由两个松散结合的介子组成的——由两个夸克组成的亚原子粒子。”

X(3872)于2003年由日本的Belle实验首次发现，Belle实验是一个粒子对撞机，它将高能正负电子碰撞在一起。

然而，在这种环境下，这些稀有粒子衰变得太快，物理学家无法详细研究它们的结构。

有人假设X(3872)和其他外来粒子可能在夸克胶子等离子体中被更好地照亮。

“从理论上讲，等离子体中有如此多的夸克和胶子，X粒子的产生应该很容易，”李博士说。

“但人们认为寻找它们太困难了，因为在这个夸克汤中产生了太多其他粒子。”

在这项研究中，李博士和同事们在大型强子对撞机(LHC)中的重离子碰撞产生的夸克胶子等离子体中寻找X粒子的迹象。

“一切刚刚开始。我们已经证明我们能找到信号。在接下来的几年里，我们想要使用夸克胶子等离子体来探测X粒子的内部结构，这可能会改变我们对宇宙产生物质的看法，”李博士说。

CMS的研究人员基于LHC 2018年的数据进行分析，其中包括130多亿次铅离子碰撞，每一次碰撞都会释放出夸克和胶子，这些夸克和胶子在冷却和衰变之前分散和合并，形成超过一千万亿个短寿命粒子。

“在夸克胶子等离子体形成并冷却后，产生了如此多的粒子，背景干扰非常强烈，”李博士说。

“所以我们必须清除这些背景干扰，这样我们才能最终在数据中看到X粒子。”

为了做到这一点，该团队使用了一种机器学习算法，他们训练该算法来识别X粒子的衰减模式特征。

粒子在夸克胶子等离子体中形成后，很快就会分解成“子”粒子，然后散开。对于X粒子，这种衰变模式，或角分布，不同于所有其他粒子。

科学家们确定了描述X粒子衰变模式形状的关键变量。

他们训练了一种机器学习算法来识别这些变量，然后将LHC碰撞实验的实际数据输入算法。

该算法能够筛选极其密集和嘈杂的数据集，以挑选出可能是X粒子衰变结果的关键变量。

麻省理工学院(MIT)博士后研究员王静(Jing Wang)博士说:“我们设法将背景噪音降低了几个数量级，以看到信号。”

CMS团队放大了这些信号，并观察到一个特定质量的峰值，表明存在X(3872)粒子，总共约100个。

“我们能从这么大的数据集中梳理出这100个粒子，这几乎是不可想象的，”李博士说。

“每天晚上我都会问自己，这真的是一个信号吗?”最后，数据证实了这一点!”王博士补充说。

该团队的研究发表在《物理评论快报》杂志上。

A. M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration). 2022. Evidence for X(3872) in Pb-Pb Collisions and Studies of its Prompt Production at sNN=5.02  TeV. Phys. Rev. Lett 128 (3): 032001; doi: 10.1103/PhysRevLett.128.032001

原文：

http://www.sci-news.com/physics/x-3872-particles-quark-gluon-plasma-10488.html