推動知識前沿

ATLAS 是歐洲核子研究中心大型強子對撞機(LHC)的通用粒子物理實驗。它旨在利用 LHC 的全部發現潛力，推動科學知識的前沿。

全球合作

ATLAS 由來自世界各地的物理學家、工程師、技術人員、學生和支持人員組成。它是科學領域有史以來規模最大的合作項目之一，擁有超過 5500 名成員和近 3000 名科學作者。

實驗巨獸

ATLAS 是有史以來為粒子對撞機建造的最大探測器：長 46 米，直徑 25 米。它的建造突破了現有技術的極限。ATLAS 旨在記錄 LHC 的高能粒子碰撞，該碰撞以每秒超過 10 億次相互作用的速度在探測器中心發生。

了解宇宙

ATLAS 物理學家正在研究物質的基本成分，以更好地理解它們相互作用背后的規則。他們的研究帶來了突破性的發現，例如希格斯玻色子的發現。

環形磁鐵圍繞著 ATLAS 探測器的熱量計。圖片來源：馬克西米連·布萊斯，歐洲核子研究中心

粒子物理學合作一直在尋找測量結果與標準模型預測之間的差異。偏差可以幫助研究人員指明正確的方向(例如，參見Physics Today，2021 年 6 月，第 14 頁)。因此，當一個工作組梳理了在歐洲核子研究中心現已拆除的大型電子 - 正電子對撞機 (LEP) 上進行的四項早期實驗的數據時，研究人員很興奮，發現結果與標準模型對輕子普遍性的斷言不一致，盡管有可能不到 1%。

據說所有三個輕子代——電子、μ子和 tauonic——與弱力介導的 W 玻色子具有相同的耦合。因此，當 W 玻色子衰變時，它應該同樣有可能產生任何一種輕子，以及與之相關的反中微子。費米實驗室和歐洲核子研究中心的幾項實驗已經證實 W 玻色子以相同的速率產生電子和 μ 子。但 LEP 數據顯示，tauons 的產生頻率略高于 muons;它們的生產率之比為R ( τ / μ ) = 1.070 ± 0.026。其他研究包含底夸克的粒子的實驗也發現了同樣問題的跡象。

現在，ATLAS 合作已經收集和分析了大型強子對撞機 (LHC) 的數據，解決了明顯的分歧。協作測量的精度是 LEP 結果的兩倍，值R ( τ / μ ) = 0.992 ± 0.013，與 unity 的標準模型預測一致。

該實驗利用了 LHC 的質子-質子碰撞產生大量頂-反頂夸克對的事實。頂夸克幾乎總是衰變成 W 玻色子和底夸克，因此研究人員可以輕松獲得許多可以觀察到衰變的 W 玻色子。一些 W 玻色子直接產生 μ 子，而另一些則產生中間 tauons，后來衰變成 μ 子。由于它們的起源不同，μ子形成了兩個群體，它們在探測器中的信號可以通過粒子的撞擊參數和橫向動量來區分。ATLAS 研究人員分析了每種類型的輕子數以萬計的 W 玻色子衰變，而 LEP 數據中每個只有幾千次，并計算了每條路徑有多少次。

總的來說，數據現在支持標準模型對 W 玻色子衰變中輕子普遍性的預測。但搜索仍在繼續：在開始引起高能物理學家注意的顯著水平的美介子衰變中也發現了輕子普遍性違反的跡象。(ATLAS 合作，Nat. Phys.，2021，doi:10.1038/s41567-021-01236-w。)