有力證據顯示質子可能含一個粲夸克

科技日報訊 （記者劉霞）質子或比我們此前認為得更復雜。一個國際科研團隊在最新一期《自然》雜志上刊發論文稱，他們發現了強有力證據，證明質子也包含一個粲夸克。這一發現或將對在大型強子對撞機（LHC）上開展的粒子物理實驗產生影響。

夸克是一種基本粒子，已知有6種夸克：上、下、頂、底、粲、奇異夸克，通常情況下，2個或3個夸克結合在一起可以形成亞原子粒子強子（如質子和中子）。教科書上稱，質子包含兩個上夸克和一個下夸克。

但在量子力學領域，粒子的結構由概率決定，這意味著從理論上來說，在質子內部，其他夸克有可能以物質—反物質對的形式出現。1980年歐洲核子研究中心（CERN）繆子合作組的一項實驗指出，質子可能含有粲夸克和反粲夸克，但并未最終定論。隨后不少科學家試圖確定質子中粲夸克的成分，但結果相互矛盾。

在最新研究中，荷蘭阿姆斯特丹自由大學的朱利安·羅霍及其同事發現了證據，證明質子動量的一小部分（約0.5%）來自粲夸克。

為分離出粲夸克，羅霍團隊使用機器學習模擬了由所有不同夸克組成的假想質子的結構，并與數十年來粒子加速器實驗中50多萬次真實碰撞獲得的數據進行了比較。結果發現，如果質子不包含粲夸克—反粲夸克對，獲得實驗結果的幾率為0.3%（統計顯著性為3西格瑪），需要開展更多研究將結果提升到5西格瑪水平——宣布某一結果為“發現”的閾值。團隊也研究了LHC底夸克實驗（LHCb）Z玻色子實驗的最新結果，并分別模擬了有無粲夸克時質子動量的統計分布。結果發現如果假設質子包含粲夸克，則模型與結果更匹配。