想象一下，我們把一棟房子放在一個非常大的秤上進行稱重，然后又將它分解為每一塊磚進行稱重，我們發(fā)現(xiàn)磚的重量之和比整棟房子還重。在經(jīng)典物理學的世界中，我們認為這是不可能的。但在亞原子物理學的怪異世界中，它完全有可能發(fā)生。假設質子是上述提到的那棟房子，那么那些磚就是質子內部的夸克，更多地了解它有助于我們理解粒子物理學中最大的謎團。
宇宙中的每個原子內部都至少有一個質子。事實上，質子構成了大部分常規(guī)物質。由于數(shù)十年的粒子物理學研究，我們知道質子是由稱為夸克的更小粒子構成的。具體來說，質子由夸克的兩種基本“味”構成：上夸克和下夸克。
一些物理學家提出，除了這兩個夸克之外，質子還有另一個基本成分：粲夸克。粲夸克是夸克的另一種形式，其行為與上夸克完全一樣，只是質量大得多，單個粲夸克比整個質子的質量都大。所以，用它制造質子的想法聽起來確實有點奇怪。但由于另一個奇怪的規(guī)則，它在物理上是合理的。在這個極小的現(xiàn)實尺度上，一切都歸結為概率。
物理學家使用方程式來描述他們在觀察質子高速碰撞時會看到哪些夸克，然后他們通過實驗觀察來進行驗證。大約 99.5% 的時間，當他們在這些情況下觀察質子時，他們會看到它是由上夸克和下夸克組成的，正如預期的那樣。但另外 0.5% 的時間，他們看到它也是由粲夸克構成的，這就是磚比房子重的原因。
因為粲夸克很少出現(xiàn)，而且它們的壽命很短，所以在描述這些東西的方程式中，它們只占質子總質量的一小部分。物理學家確實經(jīng)常看到質子中出現(xiàn)短命的粲夸克，但他們稱它為外在粲夸克，因為當我們不將質子高速撞擊時，它們不被認為是質子的組成部分。
然而，一些物理學家認為，無論我們是否在粒子加速器中粉碎質子，都存在內在的粲夸克基本構建塊。事實證明，要找到質子確實由內在粲夸克構成的證據(jù)要困難得多。幾十年來，物理學家一直在追尋內在粲夸克的微妙線索，但有一個巨大的效應可能掩蓋了它。每個質子也有一個翻騰的粒子“海洋”，物理學家必須在這種噪音中尋找內在粲夸克。
如果不考慮特定模型進行數(shù)據(jù)分析，那么就無法剔除這些噪音。內在粲夸克有很多似是而非的模型，因此通常物理學家必須檢查每個模型，看看與實驗數(shù)據(jù)是否匹配。但是 2022 年 8 月發(fā)表的研究使用了一個新技巧：機器學習。該團隊將 30 年的粒子碰撞數(shù)據(jù)輸入計算機，然后讓計算機根據(jù)數(shù)據(jù)自行匹配模型來尋找內在粲夸克的證據(jù)。
機器學習可以一次查看大量不同的模型，它可以比以前人工匹配更有效地確定哪些模型最適合數(shù)據(jù)。果然，研究人員確實找到了內在粲夸克的證據(jù)。他們甚至計算了發(fā)現(xiàn)其中一個內在粲夸克的概率：大約 0.6%。但這個證據(jù)是可靠的嗎？該研究團隊表示，目前還達不到粒子物理學所要求的 5σ 標準。
無論質子是否真的具有這種內在粲夸克，這類超精確測試對于粒子物理學的未來至關重要。研究人員正在更深入地探索現(xiàn)實的最小部分，這需要極高的準確性，無論是在實驗設計上，還是在對自然法則的理解上。
本文來自微信公眾號：萬象經(jīng)驗 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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