CERN物理学家观察到两个光子在质子-质子碰撞中产生两个Tau轻子

据CERN 大型强子对撞机 (LHC) CMS 协作组的物理学家称，这是首次在质子-质子碰撞中观察到这一过程。它也是对 tau 蛋白反常磁矩最精确的测量，并提供了一种限制新物理学存在的新方法。

tau 蛋白，有时也称为 tauon，是轻子家族中的一种特殊粒子。

一般来说，轻子与夸克一起构成了标准模型的物质内容。

tau 蛋白直到 20 世纪 70 年代才被发现，其相关中微子(tau 中微子)在 2000 年由费米实验室的 DONUT 合作组织发现后，完成了有形物质部分。

然而，对 tau 蛋白的精确研究相当棘手，因为它的寿命非常短——它只能保持稳定 290*10 -15秒。

另外两种带电轻子，即电子和μ子，已经得到了很好的研究。

关于它们的磁矩和相关的反常磁矩我们也了解很多。

前者可以理解为粒子内部假想的条形磁铁的强度和方向。

然而，这个可测量的量需要在量子水平上进行修正，这是由于虚粒子牵引磁矩而导致的，从而偏离了预测值。

量子校正(称为反常磁矩)约为 0.1%。

如果理论和实验结果不一致，那么这种反常磁矩 a l将为超越标准模型的物理学打开大门。

电子的反常磁矩是粒子物理学中已知最精确的物理量之一，并且与模型完全吻合。

另一方面，它的μ子对应物是研究最多的子之一，研究正在进行中。

尽管到目前为止理论和实验基本一致，但最近的结果引起了需要进一步研究的紧张局势。

然而，对于钛族人来说，比赛仍在继续。由于 tau 的寿命很短，测量它的反常磁矩τ尤其困难。

发现 tau 后，首次测量τ 的尝试所带来的不确定性比量子修正的大小高出 30 倍。

CERN 的实验工作改善了约束条件，将不确定性降低到量子修正大小的 20 倍。

在碰撞中，物理学家寻找一种特殊的过程：两个光子相互作用产生两个 tau 轻子，也称为 di-tau 对，然后衰变成 μ 子、电子或带电介子和中微子。

到目前为止，ATLAS 和 CMS 合作都在超外围铅对铅碰撞中观察到了这一点。

现在，CMS 物理学家报告了质子-质子碰撞期间相同过程的首次观察结果。

这些碰撞提供了超出标准模型的更高的物理灵敏度，因为新的物理效应随着碰撞能量的增加而增加。

凭借 CMS 探测器出色的跟踪功能，合作伙伴能够通过选择在小至 1 毫米的距离内没有任何其他跟踪的情况下产生 tau 的事件，将该特定过程与其他过程隔离开来。

“检测超外围质子-质子碰撞的这一非凡成就为 CMS 实验的许多此类突破性测量奠定了基础，”CMS 团队成员迈克尔·皮特 (Michael Pitt) 博士说。

这种新方法提供了一种约束 tau 反常磁矩的新方法，CMS Collaboration 立即进行了尝试。

虽然未来的运行数据的重要性将得到提高，但他们的新测量设置了迄今为止最严格的限制，并且比以往任何时候都具有更高的精度。