尽管过去人们认为质子是不可分割的，但上世纪六十年代的粒子加速器实验结果显示，质子包含更小的粒子——夸克。至今已知的夸克共有六种类型，质子中则包含两个上夸克和一个下夸克。量子力学指出，粒子的结构由概率决定，因此理论上质子内部也可能存在其他类型的夸克，如粲夸克。虽然欧洲核子研究中心的一项实验在八十年代初暗示了质子内可能存在粲夸克及其反粒子——反粲夸克，但实验结果尚未定论，引发了一场激烈的学术争论。
研究人员一直试图在质子中找到确凿的粲夸克证据。不同研究小组的研究结果相互矛盾，难以从粒子加速器的高能环境中分离出质子的内在组成部分。荷兰阿姆斯特丹自由大学的胡安罗霍及其同事的最新研究提供了重要证据，证明质子的一小部分动量（约0.5%）来自粲夸克。罗霍指出：“尽管经过数十年的研究，我们仍在不断发现质子的新特性。”
为了验证粲夸克的存在，罗霍和他的团队采用机器学习模型来假设质子的结构，并将其与粒子加速器实验（包括大型强子对撞机）中的实际碰撞数据进行了比较。华盛顿大学的克里斯蒂娜艾达拉表示，使用机器学习技术尤为重要，因为它可以产生物理学家可能未曾想到的模型，从而减少测量结果的偏差。
这项研究进一步分析显示，如果质子中没有粲夸克，得到现有研究结果的可能性仅为0.3%。这一发现被称为“3西格玛”结果，被视为可能存在新发现的迹象。为了确认这一发现，研究人员需要进一步提高测试结果至5西格玛水平，这通常被视为一项新发现的门槛。研究小组通过比较大型强子对撞机的实验结果并模拟在不同假设下的质子动量统计分布，发现假设质子中存在粲夸克的模型与实验结果更为吻合。这一发现对我们对质子结构的理解意义重大。剑桥大学的哈里克利夫表示：“我们对质子的子结构仍有很多不了解的地方，因此这一发现意义重大。”质子的粲夸克结构可能对大型强子对撞机的其他物理学实验产生影响，因为它们依赖于质子子结构的精确模型。南极冰立方中微子天文台在研究宇宙射线时也可能需要考虑这种新的质子结构。罗霍指出：“宇宙射线撞击大气原子核并产生中微子的概率对质子的粲夸克非常敏感。”这一发现为我们理解宇宙射线与地球大气层的相互作用提供了新的视角。这一重大发现为我们理解宇宙射线与地球大气层的相互作用提供了更深入的视角。同时为我们打开了进一步研究宇宙射线等领域的大门。
