夸克模型 1964年,粒子物理学正处于一场革命之中。当时,物理学家已经发现了大量的新粒子,但如此多的粒子显然不符合许多物理学家对简洁的追求。因此,物理学家盖尔曼(Murray Gell-Mann)和茨威格(George Zweig)独立提出了一种新的可能性——所有的这些粒子实际上都是由基本粒子夸克组成的。 今天我们知道,夸克有6种味,分别被称为上(u)、下(d)、粲(c)、奇(s)、顶(t)和底(b), 它们各自有与之对应的携带相反电荷的反粒子。 夸克与反夸克。(图/原理) 夸克通常以两个或三个的形式结合在一起形成强子,强子又包括由一个夸克和一个反夸克组成的介子,以及由三个夸克结合在一起的重子,比如构成原子核的质子和中子就都是重子。 在一些更罕见的情况下,夸克甚至能够以四个或五个的形式结合成奇异强子。最近,欧洲核子研究中心(CERN)的一个研究团队在《物理评论快报》上宣布了一项新的发现,他们首次观测到了双电荷四夸克及其电中性对应粒子。 “开粲”介子 CERN的大型强子对撞机(LHC)是世界上最强大的粒子对撞机。在LHC中,高能质子束之间的碰撞会产生一系列的粒子。十多年来,LHCb(LHC的主要实验之一)合作组一直致力于分析LHC产生的数据,其主要目标是发现存在哪些四夸克和五夸克,并了解它们的性质,尤其是揭示它们会衰变成什么其他粒子。2015年,他们发现了第一个五夸克,为后续的许多其他发现开辟了道路。 新论文所报道的结果,源自于LHC在第一轮和第二轮运行过程中所收集的数据,这些数据产生于2011年至2018年之间。LHCb合作组表示,他们进行了非常复杂的分析,这是他们进行过的难度最高的一次分析之一。 新发现的粒子之所以引人注目,是因为它们是罕见的“开粲”介子。开粲指的是包含粲夸克却不包含与之对应的反粲夸克的粒子。在对带正电的和中性B介子的衰变进行联合振幅分析后,双电荷四夸克与它的中性对应粒子一同被发现。两者分别以6.5(双电荷粒子)和8(中性粒子)个标准差的统计学意义被观测到,这代表着一对四夸克的首次发现。 双电荷四夸克是由一个粲夸克、一个反奇夸克以及一个上夸克和一个反下夸克构成的。(图/CERN) 这些四夸克的夸克构成和电荷,为测试强子形成规律提供了新的机会,这也使它们成为了测试理论模型的良好候选粒子。目前,有几种不同的模型可用于描述四夸克和五夸克,通过观测这些新发现的粒子并测量它们的性质,物理学家可以更好地确定哪些模型是正确的,同时也可以发现差异或不准确之处。 迄今为止,LHCb合作组已经发表了600多篇论文,报道了多个首次观测的粒子和物理现象。他们的大部分研究都证实了粒子物理学标准模型的稳健性和可靠性,与此同时也穿插了一些令人兴奋的新发现。在LHC所发现的70多个新的强子粒子中,大部分都要归功于LHCb。 而新研究表明,直至今日,一些意想不到的发现仍然有可能出现。随着我们对强子的存在及其性质的了解越来越多,我们对将夸克结合成强子的强相互作用也将产生新的认识。这种理解反过来又为寻找超越标准模型的物理学开辟了新的可能。 LHCb的近期工作目标或许会是通过研究新的四夸克的物理性质,为理论和实验研究提供进一步的信息。与此同时,去年4月,在为期三年的“休息”升级后,LHC重新启动,开始为第三轮运行和数据收集做准备。随着LHC的第三轮数据收集工作的开展,研究人员预计每年收集的数据将是以前的五倍。他们希望届时这些新的数据能带来更多有趣的发现。 #创作团队: 撰文:二宗主 排版:雯雯 #参考来源: https:///news/2023-09-lhcb-collaboration-doubly-tetraquark-neutral.html https://physics./articles/v16/s42 #图片来源: 封面图&首图:LHCb experiment / Flickr, CC BY-SA
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