大型強子對撞機（LHC）的ALICE合作項目的研究人員首次直接觀察到了死角效應（dead-cone effect）–這是強力理論的一個基本特徵，它將夸克和膠子結合在一起，形成質子、中子，並最終形成所有原子核。除了證實這一效應之外，周四發表在《自然》雜誌上的一篇論文中所報告的觀察結果，提供了直接的實驗途徑，以了解單個粲夸克（Charm quark）在被限制在強子內之前的質量。
“直接觀察死角一直是非常具有挑戰性的，”ALICE發言人Luciano Musa說。“但是，通過使用來自LHC的質子-質子對撞的三年數據和複雜的數據分析技術，我們終於能夠揭開它。”
夸克和膠子，統稱為部分子，在粒子碰撞中產生，比如在大型強子對撞機上發生的那些。在它們產生之後，部分子經歷了一連串被稱為“部分子雨”（parton shower）的事件，它們通過以膠子的形式發射輻射而失去能量，而膠子也會發射出膠子。這種“雨”的輻射模式取決於發射膠子的部分子質量，並在部分子飛行方向周圍顯示一個膠子發射被抑制的區域–死角。
30年前，根據強力理論的第一原理預測，死角已經在粒子對撞機上被間接觀察到。然而，要從部分子雨的輻射模式中直接觀察到它，仍然具有挑戰性。其主要原因是，死角可能被發射出的粒子所填滿，而在整個部分子雨過程中，很難確定部分子的變化方向。
ALICE合作組織通過將最先進的分析技術應用於LHC的質子-質子對撞的大樣本，克服了這些挑戰。這些技術可以從它的最終產品–被稱為射流的粒子噴流在ALICE探測器中留下的信號–中及時回滾。通過尋找包括含有粲夸克的粒子的射流，研究人員能夠識別由這種類型的夸克創造的射流，並追溯夸克的整個膠子排放歷史。然後，將粲夸克的膠子發射模式與膠子和實際上無質量的夸克的膠子發射模式進行比較，發現粲夸克的模式有一個死角。
這一結果也直接暴露了粲夸克的質量，因為理論預測，無質量的粒子沒有相應的死角。
“夸克質量是粒子物理學中的基本量，但是它們不能在實驗中直接獲取和測量，因為除了頂夸克之外，夸克被限制在複合粒子內部，”ALICE物理學協調員Andrea Dainese解釋說。“我們成功地直接觀察到了一個部分子雨的死角，這可能提供了一種測量夸克質量的方法。”