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【新闻】复旦大学参与的ALICE实验组首次直接观察到强相互作用的死角效应
发布时间:2022-06-03   浏览次数:

近日,位于欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)上的ALICE实验组在13 TeV的质子-质子碰撞中首次观测到了强相互作用的一种基本特性——“死角效应(Dead cone effect)”,论文发表在《Nature》上()。5月31日,LHC召开了专题报告会介绍这一研究:


ALICE实验组发言人Luciano Musa说:“直观测死角是一项挑战极大的工作,但通过近三年采集的质子-质子对撞数据和先进的实验分析技术,我们终于实现了这一目标”


图1,簇射过程中的胶子发射。棕色区域为“死角”示意图。


通常认为,夸克和胶子(统称为部分子)可能在LHC能量下的粒子对撞中被产生。随即,部分子会经历一系列簇射过程,通过辐射胶子损失能量,辐射过程依赖部分子质量和能量。该簇射过程中,在部分子飞行方向上会有一个区域,胶子的发射会被抑制,即所谓的“死角”(图1)。死角效应在30年前由强相互作用第一性原理预言,随后在实验中被间接验证,但直接观测难度很大,因为死角区域可能被部分子转变的其他粒子填充,造成测量背景。ALICE实验通过先进的迭代分簇技术克服了这一困难:首先重构出含有D0介子(含粲夸克)的喷注,其次通过分簇技术标定每一次簇射的节点和劈裂角度;再通过观测量——D0介子喷注和全部喷注劈裂角的比例研究这一效应。


同时,因为理论预言无质量粒子不会产生死角,该研究也为粲夸克质量测量提供了实验证据。ALICE实验物理分析协调人Andrea Dainese说:“夸克质量是粒子物理的基本信息,但因为通常都被禁闭在强子中,无法在实验上直接测量。我们通过部分子簇射的死角研究为测量夸克质量提供一条新途径。”


这篇论文也是ALICE实验组发表的第4篇Nature论文,上一篇于2020年表,题为《Unveiling the strong interaction among hadrons at the LHC》。该工作通过动量关联这一技术方法,在质子-质子碰撞中精确测量了p-Ξ和p-Ω粒子间的相互作用,为揭示强相互作用性质提供了重要实验证据。应马余刚院士课题组邀请,ALICE实验“涨落与关联”物理分析组召集人、德国慕尼黑工业大学的Laura Fabbietti教授于5月31日在“复旦核物理前沿开放讲坛”对此工作做了综述报告,引起热烈讨论。报告视频:


ALICE实验是LHC上专门致力于高能核物理研究的大型实验平台(图2)。实验组由40个国家170多家单位的近2000名科研人员组成。复旦大学在马余刚院士的领导下于2019年加入ALICE实验合作组,成为正式成员单位,骨干成员包括张松研究员和寿齐烨副研究员等。目前依托科技部和国家自然科基金委的重点研发、重大项目支持,在手征反常效应、正反物质相互作用、奇特粒子寻找等方面开展实验研究,取得了积极进展。基于大型实验组的国际合作,不仅有利于开展物理研究,对促进我国高能核物理的发展、提升学术影响力,也具有重要意义。


图2,ALICE探测器在经历了3年的升级后,于2022年再次启动


参考:


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