张华桥：探寻顶夸克之路
- 发布时间：2015-01-22 01:30:39 来源：科技日报 责任编辑：罗伯特
■行进中国·创新故事
“我是非常幸运的，大型强子对撞机确实是世界上最大的顶夸克工厂，为研究顶夸克的性质提供了独一无二的平台。”张华桥如是说。
迄今为止，中国科学院高能物理研究所特别研究员张华桥带领的研究小组参与了多项顶夸克相关物理的研究。
2014年6月，美国物理学会发表了观点文章，介绍了单个顶夸克三种产生机制的发现历程。其中首个发现顶夸克和W玻色子伴随产生的实验证据就是由张华桥在欧洲核子中心工作时领导的研究小组发现的。
“2012年7月，大型强子对撞机上的ATLAS和CMS实验同时宣布发现了上帝粒子——希格斯粒子的信号，从而找到了标准模型中预言的所有物质组成的17种基本粒子。”张华桥回忆。
这一发现掀起了公众对上帝粒子以及大型强子对撞机的巨大兴趣，以至于2013年的诺贝尔物理学奖颁发给提出上帝粒子的两位物理学家。然而，在人们惊叹物理学家的执着以及从大型强子对撞机实验中取得的巨大成就的时候，很少有公众注意到，其实大型强子对撞机还是研究另一个基本粒子——顶夸克的理想场地。
“大型强子对撞机已经在ATLAS和CMS实验上各取得了近1000万顶夸克事例，是名副其实的顶夸克工厂。”张华桥说，这得益于大型强子对撞机优异的质心能量和瞬时亮度。
目前，高能所顶夸克相关物理研究小组正在通过顶夸克和W玻色子伴随产生的过程，来直接测量获得2008年诺贝尔物理学奖CKM理论中的相关内容。
张华桥说，分析小组正在准备利用大型强子对撞机上2015年的数据，来测量顶夸克和上帝粒子的耦合常数，从而探寻顶夸克巨大质量的起源。顶夸克作为标准模型预言的6种夸克之一，自1994年费米实验室发现顶夸克之后，人们一直被顶夸克奇特的性质所吸引，它作为标准模型中最重的基本粒子，其质量比第二重的夸克——底夸克重了近40倍。
“这么重的质量是粒子物理学家非常感兴趣的课题，甚至有理论学家预言了由于顶夸克的巨大质量，人类所处的真空并不稳定，会在未来的某个时候发生衰变，这个衰变所需的时间比现有的宇宙寿命长得多，以至于人们至今还没有观测到。”张华桥说。
此外，由于夸克的色禁闭效应，单独的夸克无法稳定地存在，作为唯一的在与其他夸克形成结合体之前发生衰变的夸克，顶夸克提供了研究单个夸克性质，从而精确检验标准模型，寻找新物理的理想场地。
“在大型强子对撞机从上世纪90年代开始建设的时候，还没有发现顶夸克。而现在，利用该平台，我们将努力在探索顶夸克秘密的路上走得更远。”张华桥说。
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