帕顿淋浴中的魅力夸克（c）通过以胶子（g）的形式发射辐射而失去能量。淋浴在夸克周围显示一个被抑制辐射的死锥，其角度小于夸克质量（m）和能量（E）的比率。在淋浴的每个阶段，能量都会减少。图片来源：欧洲核子研究中心
ALICE在大型强子对撞机（LHC）的合作首次直接观测到死锥效应——这是强力理论的基本特征，该理论将夸克和胶子结合成质子、中子，并最终形成所有原子核。除了证实这种效应之外，今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中报道的观察结果，为在单个魅力夸克被限制在强子内部之前的质量提供了直接的实验途径。
“直接观察死锥体是非常具有挑战性的，”ALICE发言人Luciano Musa说。“但是，通过使用LHC质子 – 质子碰撞的三年数据和复杂的数据分析技术，我们终于能够发现它。
夸克和胶子，统称为帕顿子，是在粒子碰撞中产生的，例如在LHC发生的粒子碰撞。在它们被创造之后，帕顿经历了一系列称为帕顿淋浴的事件，其中它们通过以胶子的形式发射辐射来失去能量，胶子也发射胶子。这种喷雨的辐射图取决于发射胶子的帕顿的质量，并在帕顿的飞行方向周围显示一个区域，其中胶子发射被抑制 – 死锥。
从三十年前的强力理论的第一原理预测，死锥已经在粒子对撞机上间接观察到。然而，直接从帕顿淋浴的辐射方向图观察它仍然具有挑战性。造成这种情况的主要原因是，死锥可以填充发射的帕顿变换成的粒子，并且很难在整个淋浴过程中确定帕顿的变化方向。
随着帕顿阵雨的进行，胶子以较小的角度发射，夸克的能量减少，导致更大的胶子发射死锥被抑制。图片来源：欧洲核子研究中心
ALICE的合作通过将最先进的分析技术应用于LHC上大量的质子 – 质子碰撞样本来克服这些挑战。这些技术可以将帕顿淋浴从其最终产品中卷回过去 – 由称为射流的颗粒喷雾留在ALICE探测器中的信号。通过寻找包含含有魅力夸克的粒子的射流，研究人员能够识别出由这种类型的夸克产生的射流，并追溯夸克的整个胶子排放历史。将魅力夸克的胶子发射模式与胶子和几乎无质量的夸克的胶子发射模式进行比较，然后揭示了魅力夸克模式中的死锥。
结果还直接暴露了魅力夸克的质量，因为理论预测无质量粒子没有相应的死锥。
“夸克质量是粒子物理学中的基本量，但它们不能在实验中直接访问和测量，因为除了顶夸克之外，夸克都被限制在复合粒子内，”ALICE物理协调员Andrea Dainese解释说。“我们直接观察帕顿淋浴死锥的成功技术可能提供了一种测量夸克质量的方法。
