LHCb 實驗首發現全新「四夸克」奇異粒子,內部可能藏有強核力奧祕

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 07 日 18:10 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


物理學家首度觀察到全新的「四夸克」奇異粒子。我們所熟知的中子、質子內部就是由多個夸克構成,而夸克本身又透過強交互作用結合在一起,但不同數目夸克結合而成的複合粒子,內部作用力也相當複雜,發現這種新粒子將能幫助科學家更加了解強交互作用──4 種宇宙基本作用力中最強的力。

夸克是基本粒子,通常 2、3 個經強交互作用綑綁在一起、形成稱為強子的複合粒子,比如質子和中子就是由 3 個夸克構成。然而理論物理學家預測過還有更稀有的四夸克(tetraquark)、五夸克(pentaquark)甚至六夸克粒子存在,近年來,包括 LHCb 在內的高能粒子物理實驗,已證實發現一些五夸克。

2015 年時,大型強子對撞機底夸克實驗(Large Hadron Collider beauty,LHCb)宣布發現 2 種新五夸克粒子,命名為 Pc(4450)和 Pc(4380);去年則再發現第 3 種五夸克粒子,命名為 Pc(4312)。

現在,LHCb 實驗首次觀察到由 4 個夸克組成的奇異粒子,命名為 X(6900)。四夸克顧名思義,是由 4 個夸克(2 個夸克和 2 個反夸克)形成的一種假想介子,存在很多種可能的結構組合,比如緊湊四夸克態(Tetraquark)、介子分子態(Meson molecule)、雙夸克偶素(Diquark-onium,正夸克對與反夸克對的束縛態)、強子夸克偶素(Hadro-quarkonium),夸克偶素伴隨介子(Quarkonium adjoint Meson)等,具體還需深入研究。

由 4 個夸克組成的粒子本身已經很奇特,科學家新發現的四夸克粒子還是第一個由 4 個完全相同類型的重夸克所組成:2 個魅夸克(Charm quark)和 2 個反魅夸克,過去其他實驗觀察到的四夸克粒子,最多只包含 2 個重夸克。

有關四夸克、五夸克一個最重要的問題,是它們的內部結構性質。與以前觀察到的四夸克粒子一樣,LHCb 團隊還不確定新發現的 X(6900)是不是「真的」四夸克:所有夸克緊密結合在一起的系統,又或事實上只是 2 個夸克-反夸克對以分子狀結構弱結合,又甚至可能有更極端的結合方式。

隨著未來發現越來越多奇異的多夸克粒子,科學家將能測試夸克如何結合並控制質子與中子。新論文預印本已發表在《arXiv》網站。

(首圖來源:CERN

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