大型強子對撞機以無可比擬的精度測量頂夸克的質量

對頂夸克質量是一種精確了解對于了解我們最小尺度的世界的方式。盡可能密切地了解這個最重的基本粒子是至關重要的，因為它可以測試所有基本粒子的數學描述的內部一致性，這被稱為標準模型。

在大型強子對撞機中產生的頂夸克對的經典特征是四個射流（黃色錐體）、一個μ介子（紅線，CMSμ介子探測器也探測到紅框），以及一個中微子的缺失能量（粉色箭頭）。

例如，如果W玻色子和希格斯玻色子的質量是準確的，那么頂夸克的質量就可以由標準模型預測出來。同樣地，利用頂夸克和希格斯玻色子的質量，可以預測W玻色子的質量。有趣的是，盡管取得了許多進展，但理論物理學對質量的定義，即與量子物理學修正的影響有關的定義對頂夸克來說仍然很難確定。

值得注意的是，我們對宇宙穩定性的了解取決于我們對希格斯玻色子和頂夸克質量的綜合了解。我們只知道，以目前對頂夸克質量的測量精度來看，宇宙非常接近于一個可轉移的狀態。如果頂夸克的質量哪怕是稍有不同，那么從長遠來看，宇宙將不那么穩定，有可能最終在一個類似于大爆炸的事件中消失。

為了對頂夸克質量進行最新的測量，利用CMS探測器在2016年收集的質子-質子LHC對撞的數據，CMS團隊測量了產生一對頂夸克的對撞事件的五個不同屬性，而不是之前分析中測量的最多三個屬性。這些屬性取決于頂夸克的質量。

此外，研究小組對CMS數據進行了極其精確的校準，并對剩余的實驗和理論不確定性及其相互依賴性有了深入了解。通過這種創新方法，所有這些不確定性也在決定頂夸克質量最終值的數學擬合過程中被提取出來，這意味著一些不確定性可以被更準確地估計。結果是171.77±0.38 GeV，與之前的測量結果和標準模型的預測結果一致。

CMS合作組織通過這種測量頂夸克質量的新方法實現了一個重大飛躍。對不確定性的尖端統計處理和對更多屬性的使用極大地改善了測量結果。當新方法被應用于CMS探測器在2017年和2018年記錄的更廣泛的數據集時，預計會有另一個大的進步。