科学家们对2015年发现的一颗粒子进行了重新检查，对它的真实身份进行了辩论。 任职于美国锡拉丘兹大学的教授托马兹·斯卡沃尼基作为科学工作者已经三十年了。他和他的工作伙伴们对罕见的反应过程进行了精密测量，甚至发现了新的粒子。然而据他所说，他们对2015年发现的一种粒子的再检测分析结果罕见地让他感到震惊。 （大型强子对撞机，百度） 斯卡沃尼基教授在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机底夸克实验实验组工作已逾十年之久。他利用大型强子对撞机产生的碰撞来寻找夸克的新型奇异组合方式。夸克是可以连接在一起形成强子的基本粒子--其中最常见的正是包围在我们身边各种物体的原子组成部分中发现的离子和中子。数十年来，科学家们只了解到强子可以由三个夸克组成或者一个夸克和一个反夸克组成。但是对由四个或五个夸克组成的粒子的观测已经开始挑战这几十年来的典范之说。然而，关于这些新型奇异组合的粒子的一个重要问题是这些夸克结构是如何构建起来的。 其中他们对于夸克粒子是如何构建的主要兴趣来自于对夸克粒子的一大基本性质--色荷的研究。 丰富的色彩 色荷与电荷类似，因为它在粒子之间存在强烈的作用力。恰如带有相反电磁电荷的磁铁相互吸引，带有不同色荷的夸克粒子也相互吸引。目前已知的色荷有三种：红色，蓝色和绿色。（对于反夸克粒子则有反红，反蓝和反绿三种） 夸克粒子们通常两个或者三个一组结合，这并不是巧合。在自然界中，迄今为止科学家们只发现了具有色中性的物体。他们发现一个强子由一个夸克和一个相反色荷的夸克组成（例如红色和反红色），同时强子还可以由不同色荷的三个夸克组成（一个红色夸克，一个蓝色夸克和一个绿色夸克，它们相互中和） 数十年来科学家们一直在期待找到可以打破常规的夸克的新型组合方式--例如两个物质夸克结合到一起成为一个双夸克粒子。 因为带有色荷性质的夸克们之间存在的作用力比起电场作用力来说要更加强几个数量级，绝大多数专家坚持认为只存在完全中性色荷的强子这一说法是可能的。但是仍有一些理论家坚守认为只要有正确的组合方式，就会有哪怕短暂存在的非中性色荷的强子这一可能。 假使他们能够找到一种并非完全色荷中性的夸克粒子的组合方式，德国电子同步加速器研究所的一位理论物理学家艾哈迈德·阿里感慨道：“这将会打开一个崭新的世界的大门” 同时如果他们可以找到一种控制电荷的方式，他说：“它的意义会是影响深远的。”上一次科学家们弄清楚了如何分离基本粒子的电荷从而发现了电。 科学家们认为独立出一种非中性的夸克集团根本是不可能的。但是有一些人希望在大型强子对撞机产生的碰撞中，某一种理论上的双夸克组合可以立刻清楚地展现在大众眼前。阿里说道：“通过实验发现一种双夸克组合方式将会成为很大的突破”科学家们已经做了一些十分有前景的观测--展示了夸克粒子的复杂组合方式。自2003年以来，数不清的实验都观测了似乎由四个夸克组成的粒子。在2015年，大型强子对撞机底夸克实验宣布了新的发现--第一种由五个夸克组成的粒子-五夸克。 （来自新闻截图） 但是由大型强子对撞机底夸克实验合作成果的最新分析对这个五夸克粒子的定义提出了问题--它可能使得科学家们在搜寻可解释清楚颜色的问题上无功而返并再次回到原点。 第三方面 当斯卡沃尼基教授第一次看见大型强子对撞机底夸克实验中发现的五夸克粒子，它似乎像是一个大而宽的肿块，猝不及防地出现在产生质子和叫做J-psi的粒子的碰撞过程中的数据里。它并不是特别的清晰，教授说道：“这就像在凝视遥远而失焦的图像。” （原文） 2019年（已修改），斯卡沃尼基教授和他的同事使用了较之从前十倍数量的数据再次进行了分析，其中的差异非常突出。他说：“我是第一个看到数据的人，这太棒了” 令人吃惊的是，与其说是看到一个单独的大的整个五夸克粒子，斯卡沃尼基教授却突然看到了三个独立的五夸克。他说道：“大型强子对撞机的运动数据的峰值又尖锐又窄，每一个五夸克都有相同的夸克组成，但因为它们处于不同的量子态，因此被赋予了不同的质量。” 这个新结论引发了一场关于五夸克到底是怎样结构的观点辩论。阿里说：“其关键问题是夸克粒子们如何组合自己” “由此，不同的理论阵营间存在一种潜在的争论--当然这一点已经很明显体现出来了。” 原子营 特拉维夫大学的理论家Marek Karliner和他在芝加哥大学的同事Jon Rosner对三个独立五夸克的发现并不感到惊讶。 Karliner说道：“这三个五夸克的重量恰好和我们的期望相符” 也就是说，如果这个五夸克不是一个紧紧束缚的五夸克，恰好在这里你可以期待它们是一种新的原子核，由两个容易理解，中性色的部分组成，一个重子由两个夸克组成，一个介子由三个夸克组成。 他们的推理是怎样的呢？他们采用了简单的加法。他说：“我们希望原子核的重量十分接近它的各个组成部分的总和” 其中最轻的五夸克的重量接近一个被称为D重子和一个被称作σ-C介子的三夸克微粒的总重量，他们之间似乎有所关联。较重的这两个五夸克粒子可以由两个相同的微粒组成，但是由于它们内部夸克没有对准的结构些微地增加了它们的能量，因此它们的质量略大于五夸克质量的总和。 另一个展现在Karliner面前的特别之处是它的寿命。在对这种五夸克的原子核的解释中，这两个泾渭分明的夸克团彼此之间只存在微弱的拉力，从而形成了一种新型的亚稳定原子核。 Karliner说道：“它们比我们通常观察到的由夸克粒子组成的处于复合不稳定状态的粒子来说更加长寿。在核图像中显示中，它们的长寿命是很普遍的事情。” 一些科学家认为一个紧紧束缚的五夸克可能有许多非中性的色荷。 欧洲核子研究所 简单来说，阿里对五夸克粒子的核模型有一点失望。尽管分子五夸克是一个全新发现，他说：“但是它仍是由已知的强子再组合形成的，并不涉及新的知识和新的颜色结构。” 他真正想要发现的是这紧紧束缚的五夸克是由五个夸克粒子被强作用力拉近的事实证据。阿里推测一个真正的紧紧束缚的五夸克中，其夸克颜色可以以一种允许非中性色荷存在的方式来混合产生。 他对存在更为复杂夸克组合方式的可能性持积极态度，他说道：“描述夸克运动行为的理论原则十分丰富，同时这里也有许多可以展示粒子自身的结构和表现形式。” 大型强子对撞机因升级而暂时关闭，这将会利于为实验收集更多数据以便科学家们能够更细致地观察五夸克粒子结构。阿里说：“我估计这不会是故事的结局，而仅仅只是开始，我们正一只脚踏进一个崭新的强子的世界，我猜测能发现更多相关物质。” 作者: Sarah Charley |
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（百家号/小鑫科技）
