強相互作用是四種基本相互作用之一，它描述了夸克和膠子之間的相互作用。夸克是構成質子和中子等強子的基本粒子，而膠子是傳遞強相互作用的粒子。強耦合常數是一個無量綱的參數，它表示了強相互作用的強度。它不是一個固定的常數，而是一個依賴于能量或距離的函數。當能量或距離很大時，強耦合常數很小，表示強相互作用很弱；當能量或距離很小時，強耦合常數很大，表示強相互作用很強。這種變化被稱為漸進自由。

為什么我們要測量強耦合常數呢？因為它是一個基本的物理量，它反映了我們對自然界最基本的力的理解。通過測量不同能量下的強耦合常數，我們可以檢驗我們對強相互作用的理論——量子色動力學（QCD）——是否正確，并且尋找可能存在的新物理現象。例如，如果我們發現強耦合常數與QCD預測不符，或者隨著能量增加而不減小，那么就可能意味著有一些我們還沒有發現的新粒子或新相互作用。

那么，我們如何測量強耦合常數呢？有很多種方法可以測量強耦合常數，但是在這篇文章中，我將介紹一種利用ATLAS實驗中Z玻色子反沖來測量強耦合常數的方法。Z玻色子是一種中性的、無色的、質量較大的粒子，它可以通過電弱相互作用產生，并且可以衰變成兩個輕子（如電子或μ子）。ATLAS實驗是一個位于歐洲核子研究中心大型強子對撞機上的粒子探測器，它可以探測到高能質子對撞產生的各種粒子。

當兩個高能質子對撞時，其中一個質子中的一個夸克或反夸克可以與另一個質子中的一個反夸克或夸克相互作用，產生一個Z玻色子。這個Z玻色子會沿著與原來的夸克或反夸克相反的方向飛出，并且很快衰變成兩個輕子。這兩個輕子也會沿著與Z玻色子相反的方向飛出，并且被ATLAS探測器捕獲。這樣，我們就可以通過測量這兩個輕子的能量和角度，重建出Z玻色子的能量和角度。

然而，這并不是故事的全部。在高能質子對撞中，除了產生Z玻色子的那一對夸克或反夸克之外，還有很多其他的夸克和膠子參與相互作用。這些夸克和膠子會形成一束由強子組成的射流，稱為噴注。這些噴注會沿著與原來的夸克或反夸克相同的方向飛出，并且也被ATLAS探測器捕獲。這樣，我們就可以通過測量這些噴注的能量和角度，重建出原來的夸克或反夸克的能量和角度。

由于動量守恒，我們可以知道，在質子對撞前后，系統在垂直于對撞平面的方向上（稱為橫向）的總動量應該是零。也就是說，Z玻色子和噴注在橫向上的總動量應該抵消掉。然而，由于我們不能完全測量所有的噴注，也不能完全重建所有的Z玻色子，我們會發現在橫向上有一些剩余的動量，稱為橫向缺失動量。這個橫向缺失動量是由于強相互作用導致的噴注和Z玻色子之間的反沖。

那么，橫向缺失動量與強耦合常數有什么關系呢？事實上，橫向缺失動量的分布是強耦合常數的一個敏感的探針。當強耦合常數很大時，噴注會更多、更強、更寬，并且與Z玻色子之間的反沖也會更大。當強耦合常數很小時，噴注會更少、更弱、更窄，并且與Z玻色子之間的反沖也會更小。因此，通過比較橫向缺失動量的實驗數據和理論預測，我們可以擬合出強耦合常數在不同能量下的值。

在一篇論文中，研究人員使用了2012年大型強子對撞機運行期間ATLAS實驗收集到的√s=8 TeV質子對撞數據，選取了約2000萬個含有兩個輕子和至少一個噴注的事件，重建了Z玻色子和噴注，并且測量了橫向缺失動量，并且得到了強耦合常數在不同能量下的值。

他們發現，他們的結果與QCD的預測非常吻合，并且沒有發現任何明顯的偏差或異常。他們給出了強耦合常數在Z玻色子質量處（約91 GeV）的值為0.1184±0.0012（實驗）±0.0011（理論），這是目前最精確的測量結果之一。他們還給出了強耦合常數在不同能量區間內的值，從10 GeV到1 TeV，覆蓋了一個很廣的范圍。他們的結果對于驗證QCD的有效性，以及探索新物理的可能性，都有重要的意義。