四粲夸克組成的新粒子「現身」 或助理解質子和中子如何形成

2020-12-03 環球網

本文轉自【科技日報】;

據歐洲核子研究中心(CERN)官網1日報導,該機構的大型強子對撞機底夸克實驗(LHCb)合作組首次觀察到一種由4個粲夸克組成的新粒子,這一發現將幫助物理學家更好地理解夸克之間如何緊密「相擁」,形成質子和中子等複合粒子,並有助發現新物理學。

夸克通常三兩成群,形成名為「強子」的粒子。但幾十年來,理論學家預測存在四夸克和五夸克強子——所謂的「四夸克態」(tetraquarks)和「五夸克態」(pentaquarks)。這些四夸克態和五夸克態被稱為「奇特強子」。近年來,包括LHCb在內的實驗已經證實了其中一些奇特強子的存在,如2015年清華大學參與的LHCb團隊首次證實了「五夸克態」的存在。

科學家認為,這些夸克之間非比尋常的組合是研究強力的理想「實驗室」,而深入了解強力對於發現新物理學至關重要。強力是讓質子、中子和原子核緊密結合的強相互作用,是自然界4種已知基本力之一,另外3種基本力分別為引力、電磁力和弱力。

在最新研究中,LHCb團隊仔細分析了大型強子對撞機(LHC)此前兩輪運行期間,LHCb探測器採集到的所有數據,發現J/ψ粒子對(一個J/ψ粒子由一個粲夸克和一個粲反夸克組成)的質量分布出現了一個「突起」,且該「突起」的統計顯著性為5西格瑪,達到了可以宣布發現新粒子的閾值,另外,該粒子的質量表明它由4個粲夸克組成。

LHCb合作組發言人喬瓦尼·帕薩洛瓦表示:「由4個夸克組成的粒子非常奇特,LHCb等實驗迄今觀察到的『四夸克態』最多只包含兩個重夸克,而我們最新發現的是首個由4個同類型重夸克——兩個粲夸克和兩個粲反夸克組成的粒子。」

目前,科學家尚不清楚新粒子是「真正的四夸克態」——由4個夸克緊密結合在一起的系統,還是一對兩夸克粒子鬆散結合成的類似分子的結構,但無論哪種方式,都將有助理論學家檢驗強相互作用理論。

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