但根據(jù)《自然》雜志的最新論文，這種情況恐怕未來必須改變：
5.
再加上一對粲夸克和反粲夸克。
（資料圖）
但這一次，歐洲核研究組織（CERN）的科學(xué)家表示：
發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子內(nèi)部長期存在粲夸克對的有力證據(jù)。
此外，這一證據(jù)是使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法發(fā)現(xiàn)的。
40年前的問題終于找到可靠證據(jù)
首先，我們簡單介紹一下粲夸克。它是繼上夸克、下夸克、奇夸克之后發(fā)現(xiàn)的第四個夸克，符號為c。
它的質(zhì)量為1.27 GeV/c 2 ，在六種夸克中排名第三，帶正電荷為2/3單位，自旋與其他夸克一樣為1/2。
自20世紀(jì)80年代以來，有人推測質(zhì)子內(nèi)部可能存在一對正夸克和反粲夸克，但40年來一直沒有找到可靠的證據(jù)。
直到此時(shí)，NNPDF 協(xié)作組織采取了與以前不同的方法。
他們事先沒有對質(zhì)子結(jié)構(gòu)做出具體假設(shè)，而是使用了機(jī)器學(xué)習(xí)——
由所有六種夸克排列組成的所有假設(shè)質(zhì)子結(jié)構(gòu)都被考慮在內(nèi)，然后與過去幾十年在主要對撞機(jī)上超過500,000 次真實(shí)粒子碰撞的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
最后，證據(jù)發(fā)現(xiàn)“質(zhì)子大約0.5%的動量來自正夸克和反粲夸克對”，精度為3個標(biāo)準(zhǔn)差。
換句話說，如果質(zhì)子中不含有一對正夸克和反粲夸克，那么獲得這個結(jié)果的幾率只有0.3%。
以后畫物質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖時(shí)，大概就是這樣了。
說到粲夸克研究，粒子物理學(xué)的歷史是相當(dāng)波瀾壯闊的。
1974年，丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的布魯克海文實(shí)驗(yàn)和斯坦福線性加速中心的兩個團(tuán)隊(duì)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了J/介子，其中包含一對粲夸克和反粲夸克。
這一發(fā)現(xiàn)對粒子物理學(xué)產(chǎn)生了重大影響，史稱物理學(xué)的“十一月革命”。
兩年后，丁與斯坦福大學(xué)的伯頓·里希特分享了諾貝爾物理學(xué)獎。
從那時(shí)起，人們對粲夸克進(jìn)行了越來越多的研究。
到了1980年，歐洲核子研究組織CERN的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)暗示，質(zhì)子內(nèi)部可能還存在一對粲夸克和反粲夸克，稱為本征粲夸克（Intrinstic Charm）。
但這次測試的結(jié)果還不夠精確，不足以解釋問題。
后來，許多不同的團(tuán)隊(duì)跟進(jìn)研究，提出了不同的質(zhì)子模型并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，但產(chǎn)生了相互矛盾的結(jié)果。
過去40年來，學(xué)術(shù)界對粲夸克研究的興趣時(shí)起時(shí)落，但沒有人能夠拿出強(qiáng)有力的證據(jù)。
直到此時(shí)，在新的機(jī)器學(xué)習(xí)方法的幫助下，終于取得了突破，找到了內(nèi)在粲夸克存在的證據(jù)。
許多物理學(xué)家認(rèn)為，這一結(jié)果將對未來的粒子碰撞實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響……
對后續(xù)碰撞實(shí)驗(yàn)的影響
在進(jìn)行碰撞實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們經(jīng)常會與質(zhì)子打交道，而這種對質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究很可能會影響后續(xù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
也許在未來的碰撞實(shí)驗(yàn)中修改質(zhì)子模型時(shí)會考慮粲夸克對。
劍橋大學(xué)的哈里·克利夫說：
大型強(qiáng)子對撞機(jī)很大程度上依賴于質(zhì)子結(jié)構(gòu)的精度，因此后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)可能不得不考慮粲夸克對的影響。
例如，南極洲的冰立方中微子觀測站正在尋找宇宙射線撞擊地球大氣中的粒子時(shí)產(chǎn)生的稀有中微子。這可能需要考慮質(zhì)子的粲夸克對結(jié)構(gòu)。
不過，不少同事表示，這項(xiàng)研究結(jié)果“符合預(yù)期”，畢竟之前已經(jīng)有過相關(guān)預(yù)測。
3個標(biāo)準(zhǔn)差的精度通常可以被視為粒子物理學(xué)的初步證據(jù)。
要被正式認(rèn)定為“發(fā)現(xiàn)”，閾值至少為5 個標(biāo)準(zhǔn)差。
在后續(xù)計(jì)劃中，研究團(tuán)隊(duì)還表示將進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)，將精度提高到5個標(biāo)準(zhǔn)差。
到那時(shí)，質(zhì)子中不存在粲夸克的可能性只有三百五十萬分之一。
在這篇Nature 論文中，作者簽名欄中只有一項(xiàng)：The NNPDF Collaboration。
這是歐洲核研究中心CERN下屬的非營利組織，由許多國家的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)資助。
針對這項(xiàng)研究，英國愛丁堡大學(xué)希格斯理論物理中心、意大利米蘭大學(xué)Tif 實(shí)驗(yàn)室、荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)物理和天文學(xué)系等組織以及荷蘭國家亞原子物理研究所（NIKHEF）參加了。
論文發(fā)表后，一些物理老師開始討論教科書重寫的問題。
以后還會教學(xué)生兩個上夸克和一個下夸克的經(jīng)典模型嗎？
教它吧，畢竟考試的時(shí)候也要這樣寫。不過，最新的結(jié)論可以看作是擴(kuò)展和討論。
而物理系的學(xué)生也爭先恐后地告訴對方：“壞了，以后得重新學(xué)?！?
許多人也對人工智能和物理學(xué)家合作產(chǎn)生突破性成果的模型感興趣。
事實(shí)上，數(shù)據(jù)驅(qū)動的科學(xué)人工智能被譽(yù)為下一個科學(xué)研究范式。
當(dāng)涉及到粒子物理領(lǐng)域時(shí)更是如此。
大型粒子對撞機(jī)通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，而人工智能最擅長的是從海量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新模式。
負(fù)責(zé)審稿這篇論文的高能物理學(xué)家、斯隆獎獲得者Christine Aidala 也評論道：
機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用對于這項(xiàng)研究至關(guān)重要，因?yàn)樗梢援a(chǎn)生物理學(xué)家自己不一定想到的假設(shè)，并減少數(shù)據(jù)分析中的偏差。
