今天，在Moriond會議上，ATLAS和CMS的合作都展示了對一個非常罕見的過程的觀察：同時產生四個頂夸克。它們是在大型強子對撞機(LHC)的第2輪運行期間使用碰撞數據觀察到的。
兩個實驗的結果都通過了所需的五西格瑪統(tǒng)計顯著性來算作觀察——ATLAS的觀察結果為6.1西格瑪，高于4.3西格瑪的預期顯著性，而CMS的觀察結果為5.5西格瑪，高于預期的4.9西格瑪——使它們成為第一次觀察這個過程。
頂夸克是標準模型中最重的粒子，這意味著它是與希格斯玻色子聯(lián)系最緊密的粒子。這使得頂夸克非常適合尋找標準模型之外的物理跡象。
有多種方法可以產生頂夸克。最常見的是，它們以夸克和反夸克對的形式出現，偶爾也會單獨出現。根據標準模型理論，可以同時產生四個頂夸克——由兩個頂夸克-反夸克對組成。
然而，生產率預計比頂夸克-反夸克對低7萬倍，這使得四頂夸克的生產難以捉摸。此前，ATLAS在2020年和2021年以及CMS在2022年都發(fā)現了這種現象的證據。但是，直到今天，還從未進行過觀測。
除了罕見之外，四頂夸克的產生也是出了名的難以檢測。當物理學家尋找一個特定事件時，他們會尋找它的“特征”：衰變的最終粒子的特性。這些為他們正在尋找的短暫事件提供了線索。每個頂夸克都會衰變成一個W玻色子和一個底夸克。
然后W玻色子可以衰變?yōu)閹щ姷妮p子和中微子或夸克-反夸克對。這意味著四頂夸克事件的特征可以變化很大，包含從零到四個帶電輕子和多達12個由夸克產生的射流。這使得尋找四頂夸克產生式的特征具有挑戰(zhàn)性。
為了幫助搜索這些事件，ATLAS和CMS都使用了新穎的機器學習技術來構建選擇四頂夸克候選事件的算法。這些分析使用具有多個電子、μ子和(底夸克標記的)射流的壯觀的四頂夸克特征，將具有四個頂夸克的事件與背景分離，這是由于其他標準模型過程具有更高的生產率。ATLAS和CMS都搜索了包含兩個或更多輕子的事件簽名。
對四頂夸克產生的首次直接觀察是進一步了解這種迷人粒子的激動人心的新步驟。兩個實驗都期待在LHCRun3期間繼續(xù)研究這一現象。
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