當前位置:首頁>科技>在大型強子對撞機中檢測到罕見的超核
發布時間:2025-10-22閱讀(2)
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原子核是由質子和中子組成的,而質子和中子又是由夸克組成的。夸克有六種不同的“味道”,分別是上、下、奇、粲、底和頂。在正常情況下,我們只能觀測到由上夸克和下夸克組成的質子和中子,因為它們是最穩定的組合。但是,在極端的條件下,例如在高能量的粒子對撞機或者致密的中子星內部,可能會產生一些含有其他味道夸克的粒子,例如奇異夸克。
這些含有奇異夸克的粒子被稱為超子,它們是一種重子,也就是由三個夸克組成的復合粒子。超子有很多種類,其中最簡單的一種是Λ超子,它由一個上夸克、一個下夸克和一個奇異夸克組成。Λ超子是不穩定的,它會很快地衰變成一個質子和一個π?介子,或者一個中子和一個π0介子。介子是另一種復合粒子,它由一個夸克和一個反夸克組成。 如果一個超子被捕獲到一個原子核中,那么就形成了一種超核,它是一種含有超子的原子核。超核也是不穩定的,它會衰變成普通的原子核和其他粒子。例如,如果一個Λ超子被捕獲到氚的原子核中,那么就形成了一種超氚,它由一個質子、一個中子和一個Λ超子組成。超氚會衰變成氦-3和一個π?介子。 為什么我們要關心超核呢?有兩個原因。第一個原因是,超核可以幫助我們測試標準模型。標準模型認為,除了質量之外,電子和它的重表親μ子是完全相同的。這意味著,如果一個原子核可以衰變成一個電子和一個π介子,那么它也應該以同樣的概率衰變成一個μ子和一個π介子。但是,實驗發現了一個違反這個預期的結果:B介子似乎衰變成μ子比衰變成電子少了15%。這可能意味著電子和μ子之間存在著一些我們還不知道的差異。 第二個原因是,超核可能與天文學有關。科學家認為,在中子星內部,由于極端的密度和壓力,可能會形成超核。中子星是一種奇特的天體,它們是由爆發成超新星后留下來的恒星核心組成的。它們非常小而密,所以它們內部的物理學很難探測和理解。如果我們能夠在實驗室里制造和研究超核,那么我們就可能能夠揭示中子星內部的奧秘。 但超核是非常罕見的,因為要產生它們需要很高的能量和很特殊的條件。目前,我們只能在大型強子對撞機這樣的設備中觀測到它們。大型強子對撞機是世界上最大的粒子加速器,它可以讓質子以接近光速相互碰撞,并產生各種各樣的粒子。在2016年到2018年期間,物理學家記錄了100多個罕見的、不穩定的超核——包括超氚和反超氚。
為了發現這些超核,物理學家使用了一種新的技術來分析大型強子對撞機收集到的數據。他們并沒有直接探測到超氚或反超氚,而是探測到了它們衰變后產生的粒子。當不穩定的粒子衰變時,它們會轉變成一系列更低質量的粒子。 質子在大型強子對撞機中相互碰撞,釋放出一定的能量,有一定的幾率產生一些粒子的混合物。在這種罕見的情況下,一個超氚會出現,它會飛行大約40厘米,然后在大約240皮秒內衰變成一個反質子和一個π 介子。π 介子會從核中飛出,但反質子會留在核內,使超氚轉變成反氦。
這些π 介子和氦/反氦核是物理學家在大型強子對撞機數據中探測到的,他們使用了一種新的方法來識別氦,這是對撞機最初沒有設計的功能。通過測量這些核的質量,他們能夠追溯它們的形成是由超氚的衰變造成的。 這是一個非常令人興奮的發現,因為它不僅展示了大型強子對撞機的強大能力,還為我們提供了一種探索新物理學的途徑。如果我們能夠更多地了解超核的性質和行為,我們就可能能夠解決一些關于標準模型和中子星的謎題。當然,這還需要更多的數據和分析來驗證和完善,但是我們已經邁出了重要的一步。 |
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