LHCb 對撞機實驗再發現新奇異粒子

今年 4 月，歐洲大型強子對撞機（LHC）於閉關 3 年升級後重新投入運作，近日科學家報告再度從 LHCb 高能實驗中發現 3 個新奇異粒子，其中 2 個為由四夸克組成的「四夸克對」，另一個則為五夸克。

夸克是基本粒子，有 6 種類型：上、下、魅、奇、頂、底，它們通常三三兩兩結合在一起形成強子，比如構成原子核的質和中子，前者由 2 個上夸克與 1 個下夸克組成，後者則由 2 個下夸克與 1 個上夸克組成。

但大約 60 年前，理論學家便預言夸克能組成更稀有的四夸克、五夸克等奇異強子，其性質與一般強子的夸克模型不符，2003 年日本粒子對撞機 Belle 實驗發現的 X(3872) （俗稱 X 粒子）是第一個被觀察到的奇異四夸克狀態，今年麻省理工學院團隊更從大型強子對撞機數據中確認 X 粒子的證據。

一般來說，常見的四夸克主要由由 2 個夸克與 2 個反夸克組成，五夸克由 4 個夸克和 1 個反夸克組成，但過去 2 年來 LHCb 實驗陸續發現許多不同種類的奇異強子，比如由 2 個魅夸克（charm quark）和 2 個反魅夸克（charm antiquark）組成的四夸克，由反魅夸克、上夸克、下夸克和反奇夸克組成的四夸克。

去年，LHCb 甚至發現第一個具 2 個魅夸克、1 個上反夸克、1 個下反夸克的四夸克粒子「T cc +」，這種未與自身反粒子相配的現象，反而使 T cc + 成為迄今為止已知壽命最長的奇異強子。

今年 7 月 5 日，LHCb 實驗再宣布發現新的奇異強子，包括由 1 個魅夸克、1 個反魅夸克、1 個上夸克、1 個下夸克、1 個奇夸克組成的五夸克，於分析 B 介子衰變時觀察到；另 2 個則是「四夸克對」，其中一個由 1 個魅夸克、1 個反奇夸克、1 個上夸克、1 個下反夸克組成，另一個由1 個魅夸克、1 個反奇夸克、1 個上反夸克、1 個下夸克組成。

隨著大型強子對撞機發現越來越多新奇異強子，將幫助物理學家更理解夸克如何相互結合成複合粒子，科學家們希望大型強子對撞機目前的運行能提供超越標準模型的物理學證據，以解釋暗物質等神秘現象本質。

（首圖來源：CERN）