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

據歐洲核子研究中心（CERN）官網1日報道，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。

夸克通常三兩成羣，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”，而深入瞭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）的質量分佈出現了一個“突起”，且該“突起”的統計顯著性為5西格瑪，達到了可以宣佈發現新粒子的閾值，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’最多隻包含兩個重夸克，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。