在第二次長時間停機 (LS2) 期間,ATLAS 探測器內的新小輪下降。當大型強子對撞機今年晚些時候重新啟動時，ATLAS 對帕頓分布函數的新理解將被用于尋找新的物理過程。 (圖片：歐洲核子研究中心)

雖然大型強子對撞機( LHC ) 以將質子碰撞在一起而聞名，但實際上是質子內部的夸克和膠子(統稱為部分子)才是真正相互作用的。因此，為了預測在大型強子對撞機中發生的過程的速率，例如希格斯玻色子或未知粒子的產生，物理學家必須了解質子內的部分子的行為方式。這種行為在帕頓分布函數 (PDF) 中進行了描述，它描述了質子動量的哪一部分被其組成的夸克和膠子所占據。

PDF 的知識傳統上來自輕子—質子對撞機，例如DESY 的 HERA。這些機器使用點狀粒子(例如電子)直接探測質子內的部分子。他們的研究表明，除了質子內部眾所周知的上下夸克外，質子中還有大量其他夸克-反夸克對。理論上，其含有所有類型的夸克，它們被膠子結合在一起。現在，對大型強子對撞機質子-質子碰撞的研究正在提供對 PDF 的詳細觀察，特別是質子的膠子和夸克類型的組成。

ATLAS 合作組織剛剛發布了一篇結合 LHC 和HERA 數據來確定 PDF 的新論文。該結果使用了來自幾個不同標準模型過程的 ATLAS 數據，包括 W 和 Z 玻色子的產生、頂夸克對和強子射流(粒子的準直噴射)。奇夸克對 PDF 的貢獻預計低于輕夸克。新論文證實了先前的 ATLAS 結果，該結果發現奇夸克在小質子動量分數下并未受到實質性抑制，并擴展了這一結果，顯示了抑制如何在更高動量分數下發揮作用。

世界各地的幾個實驗和理論小組正在努力理解 PDF，因為這些結果的差異可能會影響到對標準模型以外的物理的高能搜索。

如果物理學家要找到新物理過程的證據，就需要獲得高精度的 PDF，這正是 ATLAS 分析最有力的貢獻所在。ATLAS 合作組織能夠評估其數據集之間系統不確定性的相關性，并對其進行說明。這種能力在他們的新 PDF 結果中發揮了巨大作用。以前在 ATLAS 之外無法獲得此類知識，這使得這一結果成為全球 PDF 小組一個新的“指南針虛擬”。