通过ATLAS实验
大型强子对撞机中质子的动画
信用:欧洲核子研究中心 虽然欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)以将质子粉碎而闻名，但实际上真正相互作用的是质子内部的夸克和胶子——统称为部分子
因此，为了预测在LHC发生的过程的速率，例如希格斯玻色子或未知粒子的产生，物理学家必须了解质子内部的部分子行为
这种行为在parton分布函数(PDFs)中有所描述，它描述了质子动量的哪一部分被它的组成夸克和胶子占据
传统上，这些粒子束流的知识来自轻子-质子对撞机，例如DESY的HERA
这些机器使用点状粒子，如电子，直接探测质子内的部分子
他们的研究表明，除了质子内部众所周知的上下价夸克之外，质子中还有大量的夸克-反夸克对
理论上，这片海洋由所有类型的夸克组成，它们被胶子束缚在一起
现在，对LHC质子-质子碰撞的研究提供了对光子晶体光纤的详细观察，特别是质子的胶子和夸克类型的成分
欧洲核子研究中心阿特拉斯实验的物理学家刚刚发布了一篇新论文，结合了LHC和赫拉的数据来确定粒子数据文件
该结果使用了来自几个不同标准模型过程的ATLAS数据，包括W玻色子和Z玻色子的产生、顶夸克对和强子喷流(粒子的准直喷射)
传统上认为，与较轻的上下型夸克相比，奇异夸克PDF会被抑制约2倍，因为它的质量更大
这篇新论文证实了之前的一个ATLAS结果，该结果发现奇怪的夸克在小质子动量分数下基本上没有被抑制，并且扩展了这个结果以显示抑制是如何在更高的动量分数下发生的(x > 0
05)如图1所示
图1:奇异夸克概率密度函数与轻夸克概率密度函数平均值(Rs)之比，是参与碰撞时每个夸克所占质子动量(x)分数的函数
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 世界各地的几个实验和理论小组正在努力理解pdf
虽然他们的结果大体一致，但在高动量分数(x > 0
1)可能影响标准模型之外的高能物理搜索
此外，越来越清楚的是，更好地理解中等动量分数(x ~ 0
01–0
1)如果物理学家要在偏离标准模型的量(如玻色子的质量或弱混合角)中找到新物理过程的证据，就需要
这将需要大约1%的精度的pdf知识
这是阿特拉斯分析贡献最大的地方，因为项目设计书的准确性取决于对输入数据系统性不确定性的详细了解
阿特拉斯协作能够评估数据集之间的不确定性的相关性，并对其进行解释——这一能力对他们的新PDF结果产生了巨大影响
这种知识以前在阿特拉斯系统之外是没有的，这使得这一结果成为全球PDF小组的一个新的“vademecum”
结果表明，这种相关性的影响可以使中期动量区域的偏微分方程的中心值偏移1%以上，而在高x区域的偏移要大得多，如图2所示
图2:下型反夸克(左)和胶子(右)的偏微分方程是质子动量分数(x)的函数
ATLAS分析的主要结果(称为ATLASpdf21)说明了数据集之间系统不确定性的相关性(红色)，与不说明这种相关性的分析(蓝色)进行了比较
下面的面板显示了这个比率的比较
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 当LHC今年晚些时候重新启动时，阿特拉斯对概率密度函数的新理解将被用于寻找新的物理过程
此外，本文描述的技术将有助于未来的分析小组——无论是在ATLAS还是更远的地方——确定更精确的parton分布函数
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