强有力的证据表明质子中可能含有一种魅力夸克

或者质子比我们之前想象的更复杂。一个国际研究小组在最新一期的《自然》杂志上发表论文说，他们发现了质子中也含有一种魅力夸克的有力证据。这一发现可能会对在大型强子对撞机(LHC)上进行的粒子物理实验产生影响。

夸克是一种基本粒子。已知有六种夸克：上夸克、下夸克、上夸克、下夸克、魅力夸克和奇异夸克。通常情况下，两个或三个夸克结合在一起可以形成亚原子粒子强子(如质子和中子)。根据教科书，质子包含两个上夸克和一个下夸克。

但在量子力学领域，粒子的结构是由概率决定的，这意味着理论上，质子内部可能以物质-反物质对的形式出现其他夸克。1980年，欧洲核子研究中心子木合作组的一项实验指出，质子中可能含有粲夸克和反粲夸克，但没有得出最终结论。后来，许多科学家试图确定质子中粲夸克的组成，但结果是矛盾的。

在最新的研究中，阿姆斯特丹自由大学的朱利安罗约和他的同事发现了一小部分质子动量(约0.5%)来自魅力夸克的证据。

为了分离魅力夸克，罗约的团队使用机器学习模拟了由所有不同夸克组成的假想质子的结构，并将其与几十年来粒子加速器实验中超过50万次真实碰撞获得的数据进行了比较。发现如果质子不含粲夸克-反粲夸克对，获得实验结果的概率为0.3%(统计显著性为3适马)。需要做更多的研究来将结果提高到5适马水平，即3354宣布某个结果为“发现”的阈值。团队还研究了LHC底夸克实验(LHCb)Z玻色子实验的最新成果，分别模拟了有无粲夸克的质子动量统计分布。我们发现，如果假设质子中含有粲子，这个模型与结果的吻合度会更好。

剑桥大学科学家哈里克利夫(Harry Cliff)表示，含有魅力的质子可能会对LHC等粒子加速器上进行的其他物理实验产生影响，因为它们依赖于质子结构的精确模型。罗约说，艾斯库伯中微子天文台可能也需要考虑这种新结构。