科学家粒子物理新发现改写教科书
科学家粒子物理新发现改写教科书
顶夸克是最重的已知基本粒子，质量约为184倍氢原子核，寿命极短（约10?2?秒）。传统理论认为其寿命太短无法形成束缚态。5月13日，记者从山东大学了解到，该校李海峰教授团队参与的ATLAS实验发现了顶夸克-反顶夸克束缚态（即“顶夸克偶素”），以8倍标准偏差的显著性确认其存在，该发现颠覆了粒子物理教科书认知，被国际学界视为30年来顶夸克物理最重要的成果之一。上述成果发表在5月上旬的《物理学进展报告》上。
据了解，ATLAS实验是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的四大主要国际合作实验之一，旨在探索粒子物理的前沿问题，包括山东大学在内的多个中国研究团队深度参与其中。
“简单来说，自然界有六种夸克，其中一种夸克叫‘顶夸克’，质量最重。”李海峰向科技日报记者解释，之前科学界认为一个顶夸克和一个反顶夸克不能形成束缚态（“束缚态”即类似于地球和月球，两者束缚在一起）；但现在通过实验，科学家们看到了束缚态，这颠覆了传统认知。值得注意的是顶夸克偶素的尺寸约为0.01飞米（即10?1?米），是目前发现的最小的束缚态。李海峰说：“之前，粒子物理的教科书上都说顶夸克偶素不存在，但是科学研究不能因为大多数人说不存在就止步，实验数据是最终的‘裁判’。”
顶夸克偶素的艺术构想图。图源：欧洲核子研究中心
据了解，李海峰带领课题组分析了ATLAS实验获取的质子与质子对撞数据，在海量的本底事例中挑选出信号事例。该工作的难点是要处理系统误差，其共有两百多个系统误差。他们完成了事例判选、误差估计、统计分析等实验步骤，得出最终结果。
由于在顶夸克偶素分析中的重要贡献，李海峰被邀请代表ATLAS合作组在2025年欧洲物理学会高能物理会议上首次公布了上述结果。
对于该结果，欧洲核子研究中心发布新闻稿宣布了顶夸克偶素的发现，该新闻稿表示：“昨日在马赛举行的欧洲物理学会高能物理会议上报告的这一结果表明：顶夸克——所有基本粒子中最重且寿命最短的，可以瞬间与其反夸克配对，产生一种称为顶夸克偶素的准束缚态。”
上述成果被评为欧洲核子研究中心2025年度科研亮点，而顶夸克偶素的发现也标志着自然界所有的夸克偶素都已经被实验发现。
我国科学家从20世纪90年代起在科技部和国家自然科学基金委的大力支持下加入大型强子对撞机国际合作实验，从事基础科学研究、探索微观物质世界，在探测器研制、物理数据分析中做出了重要贡献。