物理学家发现了一种新的四夸克——迄今为止发现的寿命最长的

被称为四夸克的奇异粒子家族有一个令人惊讶的新成员。它被称为 T cc +，是第一个包含两个重夸克和两个轻反夸克的四夸克，也是迄今为止发现的寿命最长的奇异物质粒子。 CERN 大型强子对撞机 LHCb 合作的代表上周在德国汉堡大学和 DESY 联合主办的欧洲物理学会高能物理会议上宣布了这一消息。夸克是物质最基本的组成部分，由默里·盖尔曼和乔治·茨威格于 1964 年首次提出。夸克有六种不同的类型，质量和电荷都不同：上、下、奇异、粲、底部和顶部（从最轻到最重），以及相应的反夸克。它们通常以两个或三个为一组聚集在一起形成强子，由称为胶子的携带力的粒子结合在一起。普通重子是包含原子的质子和中子的强子，每个都由三夸克组合组成，而被称为介子的强子粒子是由夸克-反夸克对形成的。把夸克想象成亚原子世界的乐高积木，以各种组合混合和匹配，形成更复杂的结构。盖尔曼认为可能有更多奇特的强子由四个甚至五个夸克的夸克组合形成，但这些强子直到最近才存在于理论领域。这是因为这种奇异的重粒子会在几分之一秒内迅速衰变成更稳定的副产物粒子。正是那些出现在粒子加速器探测器中的副产品，相当于它们较重的前体粒子的独特特征。但是从粒子碰撞产生的大量数据中的所有噪声中梳理出这些特征是极其困难的。日本物理学家在 2003 年发现了四夸克的第一个实验证据，此后这个家族一直在壮大。例如，LHCb 物理学家在 2014 年证实了四夸克 Z(4430) 的发现，几年后它首次出现在日本 KEKB 加速器的 Belle 探测器中。两年后的 2016 年，物理学家分析了费米实验室现已退役的 Tevatron 加速器 2002-2011 年的数据，发现了另一种新的四夸克——称为 X(5568)——由四种不同风味的夸克组成：上、下、奇异和底部。先前的四夸克通常由至少两个相同味道的夸克组成，这使得 X(5568) 即使在这类奇异粒子中也属于异常。去年，欧洲核子研究中心宣布了不断壮大的四夸克家族的又一新成员：由两个粲夸克和两个反粲夸克组成的集合，它们构成了一个巨大的四夸克。这是第一个被发现的具有三个以上夸克且完全由一种类型的夸克组成的粒子。它也是第一个完全由较重的夸克组成的。就在前一年，LHCb 合作发现了两个五夸克，并在 2019 年证实了这一发现，同时还发现了第三个五夸克。新的 T cc + 四夸克在衰变成一对介子之前仅持续了五分之一秒，每个介子都有一个重夸克和一个轻反夸克。这仍然是它的兄弟姐妹的大约十倍。它的相对稳定性归功于其不寻常的结构：两个重粲夸克和两个轻反夸克，组合物理学家称之为“双粲”四夸克。这使得四夸克只比它的介子副产物重一点，因此它衰减得更慢一些。更长的寿命也意味着这是物理学家第一次能够精确测量四夸克的质量，在数据中显示为一个大峰或“凸点”。这一发现使我们更接近于更好地理解控制这些奇异粒子如何组合的复杂潜在规则，并为未来发现更重的奇异强子铺平了道路——也许是一种四夸克，用两个底夸克（称为 Tbb），它们的寿命甚至更长。目前，关于这些奇异粒子是如何制造的，仍然存在重大问题。正如 Ars 的 John Timmer 去年报道的那样：

有两种可能性正在考虑中。在一种情况下，新的高夸克数粒子的制造方式与熟悉的粒子相同：胶子将它们紧密结合成一个粒子。然而，另一种选择是大量夸克的产生是因为两个更熟悉的粒子紧密相关。因此，四夸克可能只是一对双夸克粒子的紧密结合。五夸克是由二夸克介子与三夸克粒子结合而成。 “现在还不清楚，”雪城大学博士后和 LHCb 物理学家 Ivan Polyakov 告诉 Symmetry 杂志。 “我们非常精确地测量了它的质量和峰宽。这将促使理论家进行更准确的计算，并希望对奇异强子有更深入的了解。”一旦 LHCb 探测器的最新升级完成，很有可能会发现更多奇特的强子。