打字猴:1.700952867e+09
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1700952882 单独的夸克(以及许多“帮派”成员)不会被发现,不过在一群相关的强相互作用力粒子中会被发现。
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1700952884 喷射流通常留下可见轨迹,因为喷射流中的一些粒子是带电的。当一个喷射流到达量能器,它将能量沉积下来。细致的实验研究、分析与计算机计算帮助实验物理学家在第一时间推导出产生喷射流的强子的性质。虽然如此,强相互作用力与喷射流使得夸克与胶子的测量非常巧妙。你不需要探测夸克与胶子本身,而是它们所处的喷射流。这使得绝大多数夸克和胶子流无法与其他流区分开。它们都沉积了很多能量并且留下许多轨迹(图14-3所示为探测器如何确认标准模型的关键粒子)。
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1700952889 图14-3 一个关于如何将标准模型粒子从探测器中区分出来的概括。中性粒子在追踪器中没有记录。带电和中性强子可以在电磁量能器中沉积少量能量,但是会在强子量能器中沉积几乎全部的能量。μ子会穿透到外层探测器。
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1700952891 测量完喷射流的性质,要分辨出不同的夸克或胶子引发的喷射流,虽然这样并非完全不可能,但也极具挑战性。与下夸克带有相同电荷的底夸克(以及较重的奇异夸克)是这一类中最重的夸克,它是该原则下的一个特例。底夸克之所以特殊的原因是,它比其他夸克衰变得慢。其他不稳定夸克在产生后立即衰变,所以它们的衰变产物似乎在质子对撞的相互作用点就开始它们的运行轨迹了。然而底夸克存在的时间足够长——大约1.5皮秒(picosecond,10-12秒),也即有足够的时间以光速来运行半毫米,它们会在相互作用点留下一条可以观测到的足够长的轨迹。内层硅探测器探测这个偏离顶点,如图14-4所示。
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1700952896 图14-4 底夸克构成的强子存在的时间足够久,在衰变成其他带电粒子前,在探测器中会留下一条可见的轨迹。在硅顶点探测器中留下一个结(kink),可以被用于鉴定底夸克。这张图来源于顶夸克衰变图。
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1700952898 当实验物理学家从底夸克重建轨迹时,它并不会延伸回事件中心的初始相互作用点。该轨迹反而看起来是从内部追踪器的底夸克衰变点出发的,在轨迹中留下一个结——一个连接进入的底夸克和衰变产物的结。A在硅探测器的精细划分之下,实验物理学家可以看到靠近粒子束的轨迹的细节,从而在相当一部分时间中确认底夸克。
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1700952900 A如果初始的b介子(meson)是电中性的,你只能看到从衰变点出发的轨迹,而看不到从中性态出发的标识轨迹。
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1700952902 另一种实验上有优势的夸克是顶夸克,它很特殊,这是因为它的质量非常大。与上夸克所带电荷相同的三种夸克(还有一种是粲夸克)中,顶夸克是最重的。它的质量是带不同电荷的底夸克的40倍,是带相同电荷的上夸克的30000倍[58] 还多。
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1700952904 顶夸克重到它们的衰变产物会留下不同的轨迹。当一种较轻的夸克衰变时,因为衰变产物与初始粒子相似,以接近光速运行,所以它们一起运动,看起来是一个单独的喷射流——哪怕喷射流来源于两个或更多不同的衰变产物。另一方面,除非顶夸克是极端高能的,它们会衰变成底夸克和W玻色子(带电的弱规范玻色子),而且可以通过发现这两者来确认顶夸克。因为顶夸克的重质量意味着,它与希格斯粒子和其他我们希望能尽快理解的弱尺度物理中的粒子相互作用的紧密联系。顶夸克和它们相互作用的性质可能为标准模型下的物理理论提供有用的信息。
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1700952906 发现弱相互作用力载体
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1700952908 在我们结束讨论如何确认标准模型粒子之前,最后要考虑的粒子是弱规范玻色子——两种W玻色子和Z玻色子,它们是传递弱相互作用力的媒介。弱规范玻色子性质特殊,与光子和胶子不同,它们质量非零。传递弱相互作用力的规范玻色子的质量,造成了标准模型中主要基本疑难问题的产生。W与Z玻色子的质量(以及本章讨论的其他基本粒子的质量)来源于希格斯机制,我们马上介绍。
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1700952910 W与Z玻色子很重,所以这些规范玻色子会衰变。这意味着,W与Z玻色子以及顶夸克与其他不稳定的重粒子,可以通过寻找它们衰变产生的粒子得以确认。由于重的新粒子很可能也是不稳定的,因此我们将使用弱规范玻色子来举例说明衰变粒子的另一种性质。
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1700952915 图14-5 W玻色子可以衰变成带电轻子以及它伴随的中微子,或者上夸克-下夸克,或者粲夸克-奇异夸克。实际上,物理粒子是不同类型夸克或者中微子的叠加态,这允许W玻色子有时可以同时衰变成不同代的粒子。
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