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欧洲核子研究组织物理学家报告发现新的粒子

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发表于 2021-9-7 10:57:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖系轉帖,原帖作者:天文在线
简介:CERN发现了预言中的新粒子—“tetraquark”,由两个夸克和两个反夸克绑定组成。
由欧洲核子研究组织(CERN)和LHC底夸克侦测器合作共同发表了新粒子的发现:四夸克粒子。
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目前他们这篇有超过800名作者的论文正在被由其他科学家组成的“共同复盘”小组进行评审,已在讨论组公布。它也同样遇到了常规的声明发现新粒子的数据(统计)门槛。
这一发现标志着将近20年的研究终于有了结果。
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为了更好地认识“四夸克粒子”,以及它的发现为何如此重要,让我们先回到1964年,正是粒子物理学发生变革的中期。彼时披头士乐队火爆全球,越战刚刚爆发,有两个来自新泽西州的青年射电天文学家刚刚发现了宇宙大爆炸理论的最强有力的证据;在美国的另一边,加州科技委员会,以及位于大西洋彼岸的瑞士的CERN,双粒子物理学家发表了主题相同但各自独立的论文,两篇论文都是讲关于如何让过去20几年发现的海量新粒子更有意义。
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许多物理学家争论着是否要接受宇宙中存在如此巨量的元素粒子,宇宙已经成为公认的“粒子动物园”,CERN的乔治·茨维格和加州理工大学的墨里·盖尔曼得到了相同的结论。如果所有这些不同的粒子确实都是由更小的、未知的元素构成的,那么同样的上百个元素周期表中由质子、中子和电子组成的元素呢?茨维格把这些元素称为“王牌”,吉尔-曼则选中了我们现在常用的那个名字:夸克。
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现在我们已知的有六种不同的夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。这些粒子还有各自的相反极大反物质同伴,它们能通过基于对称性的简单规则连在一起。一个由一夸克和一反夸克组成的粒子叫“介子”;三夸克组成“重子”的质子和中子组成的原子核就是重子的代表。这一分类方式成功地对1960年代的粒子动物园进行了精准描述。然而,即使是在盖尔曼最初的论文里,他也认为存在其他夸克组合的可能性。比如说,二夸克和二反夸克可以组成“四夸克”,四夸克和一反夸克组成“五夸克”。
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外来粒子/奇特粒子
让我们快进来到2003年,彼时日本高能加速器研究所的贝尔实验发布报告,声称观察到了一种新的“介子”:X(3872),一种能展现/表现出“外来”推进器的粒子,和普通介子大为不同。
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在接下来的数年中,许多新的奇特粒子陆续被发现,科学家们也开始意识到,大部分粒子只有在它们是由四个夸克组成的四夸克而非二夸克时才能解释得通。之后在2015年,CERN的LHCb实验室发现了第一个由5个夸克组成的“五夸克粒子”。
所有目前已发现的“四夸克”和“五夸克”都包含两种粲夸克,它们是重夸克以及二到三种轻夸克:上、下或奇夸克。这种特别的分子式是最容易直接通过实验就发现的。
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但是LHCb发现的最新的被称为X(6900)的四夸克则是由四个粲夸克组成的。由大型强子对撞机的高能质子对撞产生的新四夸克是通过它衰变成成对的众所周知的J/psi介子而被观察到的。每一个都是由粲夸克和反粲夸克组成的。这让它变得格外有趣:它不但只是全部由重夸克组成,而且还有四个同类型的夸克,这让它们每一个粒子都是独特的样本,用来检测我们对夸克是如何组合在一起的理解。
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LHCb检测器 M 布莱斯 J 奥丹/CERN
目前,有两种模型可以解释夸克的结合机制:可能是它们过于强大的束缚而形成了我们所谓的紧凑四夸克,亦或是夸克自行排列形成了两个介子,它们松散地结合成一个“分子”。
正常的分子是由原子被电磁力结合在一起而形成的,作用于正原子核和负原子核。但是分子或重子内的夸克是被另外的力结合在一起的:强力。原子和夸克遵循完全不同的规则,都能形成十分相似的复杂物质,这一点真是令人着迷。
新粒子看上去适合紧凑四夸克而非两介子分子更一致,这是对前面的发现最好的解释。这让事情变得不同寻常。它将允许物理学家们研究这一新组合机制的细节。它还暗示着有其他重紧凑四夸克的存在。
微观世界之窗
夸克间的强力运作遵循着非常复杂的规则——有多复杂呢?事实上,唯一能计算出它的结果的方法就是取近似值以及使用超级计算机。
X(6900)的特性将帮助人们了解如何提高这些近似值的精确度,这样,我们将来就能描述其它物理学领域更加复杂的机制,是我们今日今时远不能达到的程度。
自从X(3872)被发现以来,对奇特粒子的研究日渐兴盛,数百位理论和实验物理学家齐聚一堂,照亮这一新领域的殿堂。新的四夸克的发现是一剂强心剂,它象征着仍有许多全新的奇特粒子,正等待着人类去揭开它们的面纱!
BY: Lorenzo Capriotti
FY: Ishuca·柳
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