這種效應是強核力的一個基本要素——自然界的四種基本力之一?——負責結合夸克和膠子。這些是構成強子的基本粒子，例如質子和中子，它們又構成了所有原子核，在正常情況下，只有在大型強子對撞機產生的那種高能級下才能單獨看到它們。

“我們直接觀察了強力理論中的一種效應，稱為死錐效應，”歐洲核子研究中心的實驗高能物理學家Nima Zardoshti告訴大眾力學。“這是理論的一部分，已經預測了一段時間，但直到現在還沒有被直接觀察到。”

死錐效應是在 30 年前作為強力理論的一部分預測出來的，并且以前曾在粒子加速器中間接觀察到過。然而，直接觀察這種效應對物理學家來說仍然是一個挑戰。幸運的是，ALICE(大型離子對撞機實驗)探測器——大型強子對撞機實驗的一部分，與其他將質子碰撞并將重原子核(尤其是鉛)撞擊在一起的實驗不同——是實現這一目標的理想設備。

“在 ALICE，我們可以按照 LHC 標準在相當低的能量下進行測量，這很重要，因為死錐角僅對于低能量重夸克來說才大，”Zardoshti 解釋說。“我們還有像照相機一樣工作的探測器，它們非常擅長尋找含有重夸克的強子——這是重建孤立的重夸克的關鍵一步。”

Zardoshti 是一篇新論文的主要作者，該論文討論了ALICE合作的最新發現，該論文于上個月發表在《自然》雜志上。該團隊在 2019 年至 2021 年春季期間為這項工作進行了實驗。在論文中，Zardoshti 和他的團隊解釋說，對死錐效應的觀察導致了粒子物理學的另一個重要實驗突破。

“除了觀察和確認本身很重要的[死錐]效應外，我們的結果還通過實驗向我們展示了粲夸克有質量——因為沒有質量的粒子沒有死錐，”他解釋說.

什么是夸克?

質量不同的夸克分為三代，粲夸克是第二代夸克的一部分。死錐效應告訴物理學家，為什么第二代和第三代的重夸克，例如魅力夸克和美夸克，與沒有質量的較輕夸克和膠子相比，在 LHC 碰撞中出現時會發生不同的演變。

大型強子對撞機上的粒子碰撞釋放了夸克和膠子——統稱為部分子的粒子——它們通常被限制在強子中，如質子和中子，并且僅在高能級時才自由。粒子的碰撞會導致一連串的事件，稱為部分子簇射，它以膠子的形式發射能量。

“當這些粒子在碰撞中產生并向外傳播時，它們將開始釋放更多的夸克和膠子，”Zardoshti 說。“這些排放的模式非常重要，因為它們與強大的力量密切相關，并幫助我們了解它的特性。這些模式受到影響的方式之一是通過死錐效應通過發射夸克的質量[在這種情況下是粲??夸克]。”

死錐效應如何工作?

死錐是圍繞發射夸克的一個角度，這個角度的大小取決于夸克的重量。在這個錐體內，發射膠子的可能性要小得多。這意味著通過觀察沒有發射膠子的位置，并測量這個死錐，科學家們可以揭示正在研究的粒子的質量。

“對于相當重的魅力、美和頂夸克，角度相當大，對重夸克可以發射的膠子模式有很大影響，”Zardoshti 繼續說道。

“粲夸克有很大的質量——連同美夸克和頂夸克——這意味著它應該有一個大的死錐，”Zardoshti 說。“所以我們的技術是分離出粲夸克并重建其中的膠子發射，并觀察夸克周圍的死錐區域，那里的膠子發射很少見。”

ALICE 合作的技術在parton 簇射中產生的稀有粒子已經衰變時，將parton 簇射從其最終產品粒子中及時回滾。然后，該團隊尋找粲夸克的蹤跡并追溯其膠子發射的歷史。

將這種發射模式與較輕夸克和膠子的發射進行比較，揭示了粲夸克發射中的死錐。Zardoshti 說：“我們的技術找到了一種方法，不僅可以分離粲夸克，而且可以測量對它與強子結合之前的質量直接敏感的效應。”

ALICE 合作現在計劃利用今年夏天作為大型強子對撞機運行 3 的一部分收集的數據進一步研究死錐效應。

“我們接下來要測量美夸克的死錐，它應該比粲夸克的死錐更大，因為美夸克要重得多，”Zardoshti 總結道。“然后，我們希望擴展這種從重夸克中分離排放的技術，以嘗試描述有關強力發射模式的更多信息。”