“玻色子”强力强度获得迄今最精确测量

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ATLAS实验设施。图片来源：欧洲核子研究中心官网

科技日报北京9月26日电 （记者刘霞）据欧洲核子研究中心（CERN）官网25日报道，在一项最新研究中，大型强子对撞机（LHC）上超环面仪器实验（ATLAS）合作组使用弱力的电中性载体——Z玻色子，以创纪录的精度（不确定度低于1%）确定了强力的强度。相关论文已经提交《自然·物理学》杂志。

粒子物理学标准模型指出，自然界中存在四种基本力：强力、电磁力、弱力和引力，其中将夸克结合成质子、中子和原子核的强力相同作用最强。强力由胶子携带，其强度被称为强耦合常数。尽管经过多年测量和理论发展，科学家们对强耦合常数的认识有所提高，但其值的不确定度仍比其他“同伴”大几个数量级。

分析小组成员、CERN物理学家斯蒂法诺·卡马尔达指出，强力的强度是标准模型的关键参数，但其精度目前仅为百分之几，而比强力弱15倍的电磁力的精度达到十亿分之一。

为提升强力强度测量的精确度，ATLAS合作组研究了LHC上碰撞能量为8太电子伏特（TeV）的质子-质子碰撞产生的Z玻色子。当相互碰撞的质子中的两个夸克湮灭时，通常会产生Z玻色子。在此过程中，强力通过从湮灭夸克上辐射出的胶子而发挥作用。这种辐射会赋予Z玻色子一个横向动量，其大小取决于强耦合常数。精确测量Z玻色子横向动量的分布，并与理论值进行比较，可以确定强耦合常数。

在最新分析中，研究团队据此精确测定Z玻色子质量尺度下强耦合常数为0.1183±0.0009，该结果的相对不确定度仅为0.8%，是迄今单次实验对强力强度最精确的测量。

研究团队指出，对强耦合常数进行更精确测量具有重要意义：首先，可提升与强力有关的粒子过程的理论计算精度；其次，有助解决一些重要的未解之谜。例如，在极高能量下，所有基本力是否强度相同，并由此推断它们是否拥有潜在的共同来源，以及是否会有未知的相互作用能在某些过程或特定能量下改变强力等。

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