研究团队以无与伦比的精度测量顶夸克的质量

在大型强子对撞机碰撞中产生的顶夸克对的经典特征是四个喷流（黄色锥体），一个μ子（红线，也被CMSμ介子探测器检测为红色框）和来自中微子的能量缺失（粉红色箭头）。图片来源：欧洲核子研究组织

大型强子对撞机（LHC）的CMS合作对顶夸克的质量进行了有史以来最准确的测量 - 这是已知最重的基本粒子。最新的CMS结果估计了顶夸克质量的值，精度约为0.22%。准确性的大幅提高来自新的分析方法和改进的程序，以一致和同时地处理测量中的不同不确定性。

对顶夸克质量的精确了解对于在最小尺度上理解我们的世界至关重要。尽可能近距离地了解这个最重的基本粒子是至关重要的，因为它允许测试所有基本粒子的数学描述的内部一致性，称为标准模型。

例如，如果W玻色子和希格斯玻色子的质量是准确的，则可以通过标准模型预测顶夸克质量。同样，使用顶夸克和希格斯玻色子质量，可以预测W玻色子质量。有趣的是，尽管取得了很大进展，但与量子物理学校正效果有关的理论物理学对质量的定义仍然很难确定为顶夸克。

值得注意的是，我们对宇宙稳定性的认识取决于我们对希格斯玻色子和顶夸克质量的综合认识。我们只知道宇宙非常接近亚稳态，其精度与当前测量的顶夸克质量相当。如果顶夸克质量略有不同，从长远来看，宇宙将不太稳定，最终可能会在类似于大爆炸的暴力事件中消失。

为了使用CMS探测器在2016年收集的质子 - 质子LHC碰撞数据对顶夸克质量进行最新测量，CMS团队测量了产生一对顶夸克的碰撞事件的五种不同性质，而不是在以前的分析中测量的多达三种性质。这些属性取决于顶夸克质量。

此外，该团队对CMS数据进行了极其精确的校准，并深入了解了剩余的实验和理论不确定性及其相互依赖性。通过这种创新方法，所有这些不确定性也在确定顶夸克质量最终值的数学拟合过程中被提取出来，这意味着可以更准确地估计一些不确定性。结果为171.77 0.38 GeV，与之前的测量和标准模型的预测一致。

CMS合作通过这种测量顶夸克质量的新方法取得了重大飞跃。对不确定性的尖端统计处理和更多属性的使用大大改善了测量。当新方法应用于CMS探测器在2017年和2018年记录的更广泛的数据集时，预计还有另一个重大步骤。