对强力进行高精度测量显示，量子色动力性再一次正确

强相互作用是四种基本相互作用之一，它描述了夸克和胶子之间的相互作用。夸克是构成质子和中子等强子的基本粒子，而胶子是传递强相互作用的粒子。强耦合常数是一个无量纲的参数，它表示了强相互作用的强度。它不是一个固定的常数，而是一个依赖于能量或距离的函数。当能量或距离很大时，强耦合常数很小，表示强相互作用很弱；当能量或距离很小时，强耦合常数很大，表示强相互作用很强。这种变化被称为渐进自由。

为什么我们要测量强耦合常数呢？因为它是一个基本的物理量，它反映了我们对自然界最基本的力的理解。通过测量不同能量下的强耦合常数，我们可以检验我们对强相互作用的理论——量子色动力学（QCD）——是否正确，并且寻找可能存在的新物理现象。例如，如果我们发现强耦合常数与QCD预测不符，或者随着能量增加而不减小，那么就可能意味着有一些我们还没有发现的新粒子或新相互作用。

那么，我们如何测量强耦合常数呢？有很多种方法可以测量强耦合常数，但是在这篇文章中，我将介绍一种利用ATLAS实验中Z玻色子反冲来测量强耦合常数的方法。Z玻色子是一种中性的、无色的、质量较大的粒子，它可以通过电弱相互作用产生，并且可以衰变成两个轻子（如电子或μ子）。ATLAS实验是一个位于欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子探测器，它可以探测到高能质子对撞产生的各种粒子。

当两个高能质子对撞时，其中一个质子中的一个夸克或反夸克可以与另一个质子中的一个反夸克或夸克相互作用，产生一个Z玻色子。这个Z玻色子会沿着与原来的夸克或反夸克相反的方向飞出，并且很快衰变成两个轻子。这两个轻子也会沿着与Z玻色子相反的方向飞出，并且被ATLAS探测器捕获。这样，我们就可以通过测量这两个轻子的能量和角度，重建出Z玻色子的能量和角度。

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然而，这并不是故事的全部。在高能质子对撞中，除了产生Z玻色子的那一对夸克或反夸克之外，还有很多其他的夸克和胶子参与相互作用。这些夸克和胶子会形成一束由强子组成的射流，称为喷注。这些喷注会沿着与原来的夸克或反夸克相同的方向飞出，并且也被ATLAS探测器捕获。这样，我们就可以通过测量这些喷注的能量和角度，重建出原来的夸克或反夸克的能量和角度。

由于动量守恒，我们可以知道，在质子对撞前后，系统在垂直于对撞平面的方向上（称为横向）的总动量应该是零。也就是说，Z玻色子和喷注在横向上的总动量应该抵消掉。然而，由于我们不能完全测量所有的喷注，也不能完全重建所有的Z玻色子，我们会发现在横向上有一些剩余的动量，称为横向缺失动量。这个横向缺失动量是由于强相互作用导致的喷注和Z玻色子之间的反冲。

那么，横向缺失动量与强耦合常数有什么关系呢？事实上，横向缺失动量的分布是强耦合常数的一个敏感的探针。当强耦合常数很大时，喷注会更多、更强、更宽，并且与Z玻色子之间的反冲也会更大。当强耦合常数很小时，喷注会更少、更弱、更窄，并且与Z玻色子之间的反冲也会更小。因此，通过比较横向缺失动量的实验数据和理论预测，我们可以拟合出强耦合常数在不同能量下的值。

在一篇论文中，研究人员使用了2012年大型强子对撞机运行期间ATLAS实验收集到的√s=8 TeV质子对撞数据，选取了约2000万个含有两个轻子和至少一个喷注的事件，重建了Z玻色子和喷注，并且测量了横向缺失动量，并且得到了强耦合常数在不同能量下的值。

他们发现，他们的结果与QCD的预测非常吻合，并且没有发现任何明显的偏差或异常。他们给出了强耦合常数在Z玻色子质量处（约91 GeV）的值为0.1184±0.0012（实验）±0.0011（理论），这是目前最精确的测量结果之一。他们还给出了强耦合常数在不同能量区间内的值，从10 GeV到1 TeV，覆盖了一个很广的范围。他们的结果对于验证QCD的有效性，以及探索新物理的可能性，都有重要的意义。