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ATLAS實驗設施。圖片來源：歐洲核子研究中心官網
科技日報北京9月26日電 （記者劉霞）據歐洲核子研究中心（CERN）官網25日報道，在一項最新研究中，大型強子對撞機（LHC）上超環面儀器實驗（ATLAS）合作組使用弱力的電中性載體——Z玻色子，以創紀錄的精度（不確定度低于1%）確定了強力的強度。相關論文已經提交《自然·物理學》雜志。
粒子物理學標準模型指出，自然界中存在四種基本力：強力、電磁力、弱力和引力，其中將夸克結合成質子、中子和原子核的強力相同作用最強。強力由膠子攜帶，其強度被稱為強耦合常數。盡管經過多年測量和理論發展，科學家們對強耦合常數的認識有所提高，但其值的不確定度仍比其他“同伴”大幾個數量級。
分析小組成員、CERN物理學家斯蒂法諾·卡馬爾達指出，強力的強度是標準模型的關鍵參數，但其精度目前僅為百分之幾，而比強力弱15倍的電磁力的精度達到十億分之一。
為提升強力強度測量的精確度，ATLAS合作組研究了LHC上碰撞能量為8太電子伏特（TeV）的質子-質子碰撞產生的Z玻色子。當相互碰撞的質子中的兩個夸克湮滅時，通常會產生Z玻色子。在此過程中，強力通過從湮滅夸克上輻射出的膠子而發揮作用。這種輻射會賦予Z玻色子一個橫向動量，其大小取決于強耦合常數。精確測量Z玻色子橫向動量的分布，并與理論值進行比較，可以確定強耦合常數。
在最新分析中，研究團隊據此精確測定Z玻色子質量尺度下強耦合常數為0.1183±0.0009，該結果的相對不確定度僅為0.8%，是迄今單次實驗對強力強度最精確的測量。
研究團隊指出，對強耦合常數進行更精確測量具有重要意義：首先，可提升與強力有關的粒子過程的理論計算精度；其次，有助解決一些重要的未解之謎。例如，在極高能量下，所有基本力是否強度相同，并由此推斷它們是否擁有潛在的共同來源，以及是否會有未知的相互作用能在某些過程或特定能量下改變強力等。