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ATLAS提供了对质子的内部结构的新见解

2022-01-14 15:37     来源:CERN     LHC对撞机欧洲核子研究中心
在本周的轻子光子会议期间,ATLAS 合作组织发表了一篇新论文,描述了质子内部分子如何相互作用。

(ATLAS 是欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)的通用粒子物理实验,旨在利用 LHC 的全部发现潜力,推动科学知识的前沿。)



在第二次长时间停机 (LS2) 期间,ATLAS 探测器内的新小轮下降。当大型强子对撞机今年晚些时候重新启动时,ATLAS 对帕顿分布函数的新理解将被用于寻找新的物理过程。 (图片:欧洲核子研究中心)

虽然大型强子对撞机( LHC ) 以将质子碰撞在一起而闻名,但实际上是质子内部的夸克和胶子(统称为部分子)才是真正相互作用的。因此,为了预测在大型强子对撞机中发生的过程的速率,例如希格斯玻色子或未知粒子的产生,物理学家必须了解质子内的部分子的行为方式。这种行为在帕顿分布函数 (PDF) 中进行了描述,它描述了质子动量的哪一部分被其组成的夸克和胶子所占据。

PDF 的知识传统上来自轻子—质子对撞机,例如DESY 的 HERA。这些机器使用点状粒子(例如电子)直接探测质子内的部分子。他们的研究表明,除了质子内部众所周知的上下夸克外,质子中还有大量其他夸克-反夸克对。理论上,其含有所有类型的夸克,它们被胶子结合在一起。现在,对大型强子对撞机质子-质子碰撞的研究正在提供对 PDF 的详细观察,特别是质子的胶子和夸克类型的组成。

ATLAS 合作组织刚刚发布了一篇结合 LHC 和HERA 数据来确定 PDF 的新论文。该结果使用了来自几个不同标准模型过程的 ATLAS 数据,包括 W 和 Z 玻色子的产生、顶夸克对和强子射流(粒子的准直喷射)。奇夸克对 PDF 的贡献预计低于轻夸克。新论文证实了先前的 ATLAS 结果,该结果发现奇夸克在小质子动量分数下并未受到实质性抑制,并扩展了这一结果,显示了抑制如何在更高动量分数下发挥作用。

世界各地的几个实验和理论小组正在努力理解 PDF,因为这些结果的差异可能会影响到对标准模型以外的物理的高能搜索。

如果物理学家要找到新物理过程的证据,就需要获得高精度的 PDF,这正是 ATLAS 分析最有力的贡献所在。ATLAS 合作组织能够评估其数据集之间系统不确定性的相关性,并对其进行说明。这种能力在他们的新 PDF 结果中发挥了巨大作用。以前在 ATLAS 之外无法获得此类知识,这使得这一结果成为全球 PDF 小组一个新的“指南针虚拟”。

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