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【世說芯品】發現五夸克粒子兩周年之際,中國科學家領銜再發現雙粲重子

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兩年前的今天,人類通過大型強子對撞機(LHC)發現了五夸克粒子的存在,在探索宇宙規律的漫漫長路上踏出了堅實的一步。本周再次傳來好消息,利用LHC底夸克探測器(LHCb)實驗組宣布發現雙粲重子,而其中清華大學多位科學家等組成的研究團隊在發現新粒子中作出重要貢獻!


?科普——五夸克粒子&雙粲重子?

夸克是一種基本粒子,它是構成物質的基本單元,例如兩個上夸克和一個下夸克可以組成一個質子,兩個下夸克和一個上夸克可以組成一個中子。目前已知的夸克有六種,分別為:上、下、粲、奇、底和頂。


五夸克粒子是由兩個上夸克、一個下夸克、一個粲夸克和一個反粲夸克組成,代表了前所未有的夸克聚合新方式,也就是普通質子、中子的基本構成。

五夸克兩種可能的布局


早在20世紀60年代,科學家們就預測了五夸克粒子的存在,然而卻一直沒有證據能夠證明。直到2015年7月14日,瑞士的歐洲核子研究組織宣布他們通過大型強子對撞機實驗發現了五夸克。

五夸克粒子是在大型強子對撞機實驗中被發現的,該實驗是在瑞士的歐洲核子研究組織中進行的。這種大型強子對撞機實驗專注于研究物質與反物質之間存在的細微差別。


據媒體報道,由3個夸克組成的復合粒子稱為重子,最常見的重子包括組成日常物質原子核的質子和中子。雙粲重子又被稱為Xi-cc++,新發現的Xi-cc++屬于被稱為“雙粲重子”的重子家族,這意味著組成它的夸克中有兩個是粲夸克,另外一個則是上夸克。粲夸克是4種“重”夸克(粲夸克、奇夸克、頂夸克和底夸克)之一,上夸克則較輕。這種新粒子之所以與眾不同,是因為之前發現的所有重子都最多只含有1個重夸克。質子具有兩個上夸克和一個下夸克,中子則具有兩個下夸克和一個上夸克。Xi-cc++粒子的質量為MeV/c2,比質子或中子重了大約3.5倍。


27公里長的昂貴“儀器”

歐洲核子研究中心建造的大型強子對撞機位于瑞士日內瓦附近一個地下100米深、總長27公里的環形隧道內,是人類迄今開發出的最先進、最昂貴的科學儀器之一。在LHC內部,兩束被稱為"強子"的亞原子粒子束——實質上是質子或鉛離子,在回旋加速器內以相反方向運行,每運行一圈就會獲得更多的能量。通過研究這些粒子的碰撞,物理學家對宇宙及構成宇宙的粒子的內在運行規律有了前所未有的認識。


8條環形磁鐵圍繞著稍后將被移入到探測器中央的熱量計,這個熱量計將測量質子在探測器中心碰撞后所產生的粒子能量。


幕后英雄——10萬+數據轉換器?


LHC的專用探測器用于分析碰撞后的粒子,其核心部分包括了咱們ADI的10萬多個數據轉換器。這些轉換器將粒子碰撞放射出的能量轉換成數字數據流,來自全球幾百所大學和實驗室的科學家們將對這些數據進行研究,并共同提煉出有關粒子物理學的新知識。


由于ADI的AD9042?高速、低功耗、12位單芯片模數轉換器(ADC)具有出色的可靠性和性能,因此CERN選用該產品以確保在精心策劃、高資源投入的LHC實驗中能夠持續獲得超精確的數據流。


AD9042 ADC 在20 MHz的帶寬范圍內保持80 dB的無雜散動態范圍(SFDR),可支持所需的動態范圍以測量由64,000個鎢酸鉛晶體構成的陣列所獲取的能量。這些閃爍晶體用來吸收穿過LHC電磁量能器的以電子、正電子和光子等形式形成的粒子。


AD9042功能框圖


AD9042專為用于惡劣環境而設計,其額定工作溫度范圍為整個軍用溫度范圍內(–55? C至+125? C),確保了LHC內使用的AD9042能夠在極具挑戰的環境中實現長達數十年的穩定性能。AD9042采用5V單電源供電,這款完整的信號轉換解決方案提供全部所需功能,包括片上集成采樣保持(T/H)和基準電壓源。噪聲性能也很出色,信噪比典型值為68 dB。


ADI數據轉換器在大型強子對撞機中發揮了重要作用,為測量64,000個鎢酸鉛晶體所獲能量提供了所需的速度和動態范圍。

—?CERN資源經理

Hans Rykaczewski



原文轉自亞德諾半導體


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