奇怪的量子实验表明质子比我们想象的更有魅力

一项新的研究表明，质子可能比我们想象的更有“魅力”。

质子是构成原子核的亚原子粒子之一。质子虽然小，但它们由更小的基本粒子组成，称为夸克，它们有各种“味道”，或类型：上、下、奇异、魅力、底部和顶部。通常，质子被认为由两个上夸克和一个下夸克组成。

但一项新的研究发现，情况要复杂得多。质子还可以包含一个魅力夸克，一种基本粒子，其质量是质子本身的1.5倍。更奇怪的是，当质子确实含有魅力夸克时，重粒子仍然只有质子质量的一半。

这个发现可以归结为量子物理的概率世界。虽然魅力夸克很重，但它在质子中突然出现的几率相当小。

虽然质子是构成所有物质的原子结构的基础，但它们也非常复杂。物理学家实际上并不知道质子的基本结构。米兰大学的物理学家斯特凡诺·福特说，量子物理学认为，除了已知存在的上下夸克之外，其他夸克可能会时不时地变成质子。

夸克有六种类型（也叫味道）。三个重于质子，三个轻于质子。魅力夸克是重夸克中最轻的一个，因此研究人员想从这个夸克开始，以确定质子是否包含比自身重的夸克。他们采用了一种新的方法来研究35年的粒子粉碎数据。

为了了解亚原子和基本粒子的结构，研究人员在位于日内瓦附近的大型强子对撞机等粒子加速器上以极快的速度相互碰撞粒子。科学家们收集了这些可以追溯到20世纪80年代的粒子粉碎数据，包括光子、电子、μ子、中微子甚至其他质子撞击质子的实验实例。通过观察这些碰撞产生的碎片，研究人员可以重建粒子的原始状态。

在这项新的研究中，科学家们将所有这些碰撞数据交给了一种机器学习算法，该算法旨在寻找模式，而不必对结构的外观有任何先入为主的概念。该算法返回可能的结构和它们可能实际存在的可能性。

福特在《自然简报》上说，这项研究发现，找到魅力夸克的几率“很小，但不可忽略”。证据的水平不足以让研究人员宣布在质子中不可否认地发现了魅力夸克，但结果是“第一个确凿的证据”。

质子的结构很重要，因为要发现新的基本粒子，物理学家必须揭示理论所暗示的和实际观察到的微小差异。这需要对亚原子结构进行极其精确的测量。