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大型强子对撞机的碰撞强化了夸克作为没有内部结构的基本粒子

作者 Redação Portal • 2026年4月27日 • 1 min de leitura

照片: Quark - Reprodução Youtube

CERN 大型强子对撞机的 CMS 探测器分析了质子碰撞，没有发现夸克内部结构的证据。该研究使用了大型强子对撞机第二阶段运行的数据，并测试了高达 10⁻²⁰ 米的尺度。这些结果强化了当前的粒子物理模型。

夸克形成质子和中子，而质子和中子又构成普通物质。该理论将它们描述为点粒子，没有更小的部分。之前的实验已经证实了这一观点，但对更深层次的探索仍在继续。这项新研究提高了观察极限。

卢瑟福指导了当前的调查方法

该实验遵循欧内斯特·卢瑟福 (Ernest Rutherford) 在 1911 年使用的原理。他用 α 粒子轰击金箔并观察散射角。大多数直接通过，但也有一些反弹。这揭示了原子核集中在中心。

在大型强子对撞机中，质子碰撞将这些质子分解成夸克。夸克以粒子射流的形式出现。 CMS 测量这些射流之间的角度分布。如果夸克具有内部结构，那么喷流的形状会在一定的能量下发生变化。收集的数据并未显示出这种显着偏差。

该团队检查了超过一百万个事件。角度分布与点粒子的标准模型预测相匹配。在高质量范围内出现微小差异，但属于统计和系统不确定性范围内。

该研究基于 13 太电子伏特的碰撞。综合亮度达到138 fb⁻1。研究人员校正了探测器效应，并将其与 NNLO 阶的微扰 QCD 计算以及电弱 NLO 校正进行了比较。

迄今为止最严格的限制排除了高于特定能量尺度的复合夸克。在左手夸克参考模型中，相长干涉的极限达到 37 TeV。

物理学已经经历了几次革命。在原子核被发现之前，原子是不可分割的。直到 1968 年夸克在 SLAC 得到证实之前，质子和中子似乎还很基本。现在，CMS 将测试推向比质子大小小一千倍的距离。

即使没有子结构的迹象，科学家们也不排除更小尺度上的可能性。目前的实验限制了大于 10⁻²⁰ m 的结构。这大约相当于质子直径的千分之一。

该结果还约束了标准模型之外的其他现象。胶子、类轴子粒子和暗物质介体的异常耦合受到更严格的限制。该分析在一份出版物中涵盖了多个理论模型。

大型强子对撞机运行的第三阶段已经开始收集新数据。计划于 2030 年进行的 HiLumi LHC 升级将大大增加碰撞率。通过更多的统计数据，研究人员将减少测量散射角的不确定性。

更精确的测量可以揭示细微的偏差或进一步确认夸克的点状行为。 CMS 计划继续寻找喷气机分布中新物理的迹象。

我们周围的普通物质取决于这些粒子。关于其成分的任何发现都会影响对宇宙的理解，包括暗物质和力的统一等问题。目前，夸克保持其基本粒子的地位。

科学家强调，缺乏证据并不能证明确实不存在。未来使用更高能量或不同技术的实验可以探索更小的距离。大型强子对撞机仍然是这一领域的主要工具。

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