0.1183，强核力最新的高精度结果，由欧洲核子研究中心测出

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欧洲核子研究中心的ATLAS实验。资料来源：欧洲核子研究中心

将夸克结合成质子、中子和原子核是一种如此强大的力量，这就是名为胶子粒子携带的强力，是自然界所有基本力中最强的——其他是电磁力、弱力和引力。然而，它是这四种力量中最不精确的。

在刚刚提交给Nature Physics的一篇论文中，目前可以在arXiv预印本服务器上找到，ATLAS合作描述了它如何使用弱力的电中性载体Z玻色子来确定强力的强度，其不确定性前所未有的低于1%。

强力的强度由粒子物理学标准模型中称为强耦合常数的基本参数描述。虽然多年来，随着测量和理论的发展，对强耦合常数的认识有所提高，但其值的不确定性仍然比其他基本力的耦合常数大几个数量级。

需要更精确地测量强耦合常数，以提高涉及强力的粒子过程的理论计算精度。还需要解决有关自然的重要悬而未决的问题。难道所有的基本力在非常高的能量下都具有相同的强度，这表明潜在的共同起源？新的、未知的相互作用会改变某些过程或某些能量中的强力吗？

在对强耦合常数的新研究中，ATLAS合作研究了欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）在8 TeV碰撞能量下的质子 - 质子碰撞中产生的Z玻色子。Z玻色子通常是在碰撞质子中的两个夸克湮灭时产生的。在这个弱相互作用过程中，强力通过湮灭夸克的胶子辐射发挥作用。

这种辐射使Z玻色子横向到碰撞轴（横向动量）。这种踢的幅度取决于强耦合常数。精确测量Z玻色子横向动量的分布，并与该分布的同样精确的理论计算进行比较，可以确定强耦合常数。

在新的分析中，ATLAS团队专注于干净选择的Z玻色子衰变为两个轻子（电子或μ介子），并通过其衰变产物测量Z玻色子横向动量。将这些测量值与理论预测进行比较，使研究人员能够精确地确定Z玻色子质量尺度上的强耦合常数为0.1183±0.0009。

相对不确定度仅为0.8%，结果是迄今为止通过单个实验对强力强度的最精确确定。它与当前实验测定和称为晶格量子色动力学的最新计算的世界平均值一致（见下图）。

强耦合常数的新ATLAS值与其他测量值的比较。图片来源：ATLAS/CERN

这一创纪录的精度得益于实验和理论的进步。在实验方面，ATLAS物理学家对源自Z玻色子衰变的两个电子或μ介子的探测效率和动量校准有了详细的了解，这使得动量精度从0.1%到1%不等。

在理论方面，ATLAS研究人员使用了Z玻色子生产过程的尖端计算，其中考虑了量子色动力学中的四个“环”。这些循环表示计算在贡献进程方面的复杂性。添加更多循环可提高精度。

“强核力的强度是标准模型的关键参数，但它只能以百分比级精度知道。相比之下，电磁力比大型强子对撞机探测的能量强力弱15倍，其精度优于十亿分之一，“欧洲核子研究中心物理学家Stefano Camarda说，他是分析小组的成员。

“我们现在以0.8%的精度测量了强大的力耦合强度，这是一项了不起的成就。它展示了大型强子对撞机和ATLAS实验的力量，可以推动精确前沿并增强我们对自然的理解。

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原标题：《0.1183，强核力最新的高精度结果，由欧洲核子研究中心测出》

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