江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知

一
最近 ， 欧洲核子研究中心（CERN）的LHCb合作小组宣布了一项新的发现 ， 他们称找到了一种奇异的、新的四夸克粒子 。
6月30日 ， 这项由近千名作者参与的研究被提交到了arXiv上 ， 目前论文仍处于“同行评审”阶段 ， 但研究结果已经于一个研讨会上呈现 。 据研究人员称 ， 这一结果符合宣称发现了一个新粒子的统计阈值标准的 。 一旦得到最终确认 ， 这将会是一项重大的发现 ， 标志着粒子物理学的一个巨大突破 。
夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知
本文图片

LHCb探测器 。 | 图片来源：M. Brice, J. Ordan/CERN
【夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知】二
为什么新发现的这个四夸克如此重要？故事或许要从上世纪60年代开始说起 。
那时 ， 粒子物理学正处于一场革命之中 ， 物理学家已经发现了大量的新粒子 。 然而 ， 这显然不符合许多物理学家心中所认为的——自然在本质上应该是简洁的、优雅的 。 因此 ， 当时美国加州理工学院的乔治·茨威格（George Zweig） ， 以及欧洲核子研究中心的默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）在两篇独立发表的论文中 ， 提出了全新的可能性：所有这些不同的粒子 ， 是否可能都是由更小的、未知的不可分割的粒子组成的？
夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知
本文图片

盖尔曼（1966年） 。 | 图片来源：Caltech Archives
茨威格将他的这些不可分割的基本粒子称为“ace”；而盖尔曼则选用“quark” ， 也就是被沿用至今的“夸克”一词 。
三
根据标准模型 ， 我们知道夸克有6种味 ， 分别为上（up）、下（down）、粲（charm）、奇（strange）、底（bottom）、顶（top） ， 它们各自有与之对应的携带相反电荷的反物质粒子 。
如果按照这些夸克的质量大小来排列 ， 最轻的是上、下夸克 ， 这两种夸克也最稳定；质量居中的是粲、奇夸克 ， 它们通常会迅速衰变成上夸克或下夸克；最重的是底、顶夸克 ， 这两种夸克只能通过高能粒子间的碰撞产生 。
根据基于对称性的一些简单规则 ， 夸克可以互相结合 ， 形成一种名为强子的复合粒子 。 强子又包括由一个夸克和一个反夸克组成的介子 ， 以及由三个夸克结合在一起的重子 ， 我们熟悉的质子和中子就都是重子 。
夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知
本文图片

普通强子 。 | 图片设计：雯雯子
然而 ， 早在盖尔曼最初的论文中 ， 他就已经意识到夸克或许还能以其他的方式组合 。 例如 ， 两个夸克和两个反夸克或许可以粘在一起形成一个“四夸克” ， 而四个夸克和一个反夸克可以形成一个“五夸克” 。
夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知
本文图片

奇异强子 。 | 图片设计：雯雯子
四
将时间快进到2003年 。 那一年 ， 日本KEK实验室的科学家发现了一种名为X(3872)的新介子 ， 这种新介子表现出了完全不同于普通介子的“奇异”特性 。 在接下来的几年中 ， 新的奇异粒子被相继发现 ， 物理学家开始意识到 ， 许多这些奇异粒子只能用它们是由4个夸克构成的四夸克粒子来解释 。 终于在2015年 ， CERN的LHCb实验确认发现了第一个由5个夸克组成的五夸克粒子 。
夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知
本文图片

夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知
本文图片

五夸克的两种可能组合：上图显示的是五个夸克紧紧的束缚在一起的情况；下图显示的是两个夸克束缚在一起形成了一个介子（白） ， 以及三个夸克束缚在一起形成了类似质子和中子的结构（红） 。 | 图片来源：CERN
迄今为止 ， 所有已发现的四夸克和五夸克都包含两个质量相对较重的粲夸克 ， 以及两个或三个较轻的上、下或奇夸克 。 这些组合是最容易在实验中出现的情况 。
但是 ， 最新发现的这种被命名为X(6900)的四夸克却格外独特 ， 它是一类完全由4个相同类型的重夸克组成的粒子！具体说来 ， 它由两个粲夸克和两个反粲夸克构成 。 这意味着 ， LHC的高能质子碰撞中首次出现了一种前所未见的新四夸克 。
夸克|这种最新发现的四夸克，将刷新人类对物质的认知
本文图片

由两个粲夸克和两个反粲夸克组成的四夸克 。 | 图片来源：CERN
新的四夸克是通过它衰变成一对J/ψ介子而被观察到的 ， 每一个J/ψ介子都是由一个粲夸克和一个反粲夸克组成的 ， 这使得X(6900)成了最独特的四夸克 。
目前 ， 有两种不同的解释可用于描述这些夸克是如何结合在一起的：一是认为它们通过强结合 ， 形成了一个真正的紧凑的四夸克粒子；第二种可能是一对两夸克粒子形成了两个介子 ， 通过弱结合松散地形成了一个类似“分子”的结构 。


推荐阅读


上一篇：细菌|细菌和病毒是不是一回事？一个是活的，另一个好像不是

下一篇：视频丨大湾区之声热评：反对派导演的“初选”是一场违法闹剧