奇怪的量子实验表明质子可能比我们想象的更有“魅力”
质子是构成原子核的微小粒子，但它们的内部结构却非常复杂和神秘。物理学家一直在探索质子中是否存在比质子本身更重的基本粒子，即夸克。夸克是构成质子的更小的粒子，有六种不同的类型，分别称为上、下、奇异、粲、底和顶夸克。一项新的研究使用机器学习算法分析了数十年来的粒子碰撞数据，发现了质子中存在粲夸克的可能性。这一发现对于理解质子的本质和寻找新的基本粒子具有重要意义。
质子是物理学家研究的重要对象，因为它们是构成所有物质的原子结构的基础。然而，质子并不是不可分割的，它们是由更小的基本粒子组成的。这些基本粒子就是夸克，它们有六种不同的“风味”或类型。每种类型的夸克都有不同的质量和电荷，而且它们之间通过强相互作用力相互连接。
通常，物理学家认为质子是由两个上夸克和一个下夸克组成的。上夸克和下夸克是最轻的两种夸克，也是最常见的两种夸克。但这并不意味着其他类型的夸克就不存在于质子中。根据量子物理学的规律，其他类型的夸克也可能在质子中短暂地出现和消失，从而形成所谓的“海洋”夸克。
一项新的研究试图探测质子中是否存在比上下夸克更重的夸克，特别是粲夸克。粲夸克是重夸克中最轻的一种，其质量约为质子本身质量的 1.5 倍。如果质子中确实含有粲夸克，那么这将对我们对质子结构和性质的认识产生重大影响。
为了寻找粲夸克在质子中的踪迹，研究人员利用了机器学习算法来分析大量的粒子碰撞数据。这些数据来自过去 35 年在世界各地进行的各种实验，其中包括用高能加速器将不同类型的粒子（如光子、电子、μ 子、中微子或其他质子）射向静止或运动中的质子，并观察碰撞后产生的碎片。
通过机器学习算法，研究人员可以从碰撞数据中提取出有关质子结构和组成的信息，而无需对其进行任何假设或先验知识。该算法可以给出可能存在于质子中不同类型和数量的夸克的概率分布，并估计它们对质子质量和动量的贡献。这样，研究人员就可以得到一个更完整和准确的质子结构图像。
研究人员发现，粲夸克在质子中出现的概率虽然很小，但却是有意义的。他们估计，粲夸克在质子中出现的概率虽然很小，但却是有意义的。他们估计，粲夸克对质子质量的贡献约为 0.5%，对质子动量的贡献约为 0.2%。这意味着质子中存在一定数量的粲夸克，而且它们并不是静止的，而是以高速运动。这一发现与之前的理论预测和实验测量相一致，但也提供了更多的细节和信心。
这项研究的合著者之一，米兰大学物理学家斯特凡诺·福尔特在《自然》杂志上发表的论文中写道，这项研究是“第一个确凿证据”，表明质子中存在粲夸克。他在《自然简报》播客中表示，这项研究对于理解质子的本质和寻找新的基本粒子具有重要意义。他说，物理学家需要对亚原子结构进行极其精确的测量，才能发现理论预言和实际观察之间的微小差异，从而揭示新物理现象。
福尔特说，这项研究也展示了机器学习算法在粒子物理学中的潜力。他说，机器学习算法可以从大量复杂和嘈杂的数据中提取出有用的信息，而无需依赖人为设定的模型或参数。他说，这种方法可以应用于其他类型的夸克或基本粒子的探测，从而揭示更多关于质子和其他亚原子粒子的秘密。
目前，物理学家仍然需要更多有关质子中粲夸克或其他重夸克的数据，以验证这项研究的结果，并提高其精度和可靠性。伊利诺伊州巴达维亚费米实验室的理论物理学家蒂姆·霍布斯告诉记者，未来将进行更多高能粒子碰撞实验，例如计划在纽约厄普顿布鲁克海文国家实验室进行的电子离子对撞机，可能会提供更多关于质子结构和组成的信息。
霍布斯说，这些实验将使物理学家能够更直接地观察质子中不同类型和数量的夸克和它们的运动状态。这些实验将使物理学家能够更直接地观察质子中不同类型和数量的夸克和它们的运动状态。这些信息将有助于揭示质子的本质，以及它们如何与其他基本粒子相互作用。
质子是构成我们所知物质的基本单元之一，但它们却隐藏着许多未知和奇妙的现象。通过使用机器学习算法和高能粒子碰撞实验，物理学家们希望能够探索质子中存在的重夸克，特别是粲夸克，从而增进我们对质子结构和性质的理解，以及对基本粒子物理学的认识。这项研究不仅展示了质子中可能存在的“魅力”，也展示了物理学家们探索自然界最微小和最神秘部分的创造力和智慧。