歐洲核子研究中心：對撞機(jī)首次發(fā)現(xiàn)新的奇異粒子

歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)夸克項(xiàng)目首次觀察到新的奇異的粒子。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)夸克項(xiàng)目，英語：Large Hadron Collider beauty，縮寫：LHCb，是LHC上的7個探測器之一，它的主要物理目標(biāo)是測量在b強(qiáng)子，包含底夸克的重粒子中的CP破壞和新物理。這樣的研究可以幫助解釋宇宙的物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱性。該探測器也能夠履行在前面區(qū)域的生產(chǎn)截面和弱電物理學(xué)的測量。大約有來自60個科研機(jī)構(gòu)840人、代表16個國家形成建造和操作探測器的合作。

LHCb的合作項(xiàng)目已經(jīng)觀察到一種前所未有的四夸克顆粒。這一發(fā)現(xiàn)是在歐洲核子研究中心最近的一次研討會上提出的，并在今天公開發(fā)表的正式論文中進(jìn)行了詳細(xì)具體的描述。

如圖所示（右下）di-J /ψ候選的二維分布及其在（左下）M（1）μμ和（上）M（2）μμ的投影。存在四個分量，因?yàn)槊總€投影都由信號和背景J /ψJ/ψ候選組成。標(biāo)簽J /ψ1，2和bkg1，2分別表示M（1），（2）μμ分布中的信號和背景貢獻(xiàn)。

這一發(fā)現(xiàn)將幫助物理學(xué)家更好地理解夸克?？淇耸且环N基本粒子，是所有物質(zhì)的基本組成部分。夸克在一起形成稱為強(qiáng)子的復(fù)合粒子，其中包括質(zhì)子和中子。這一突破性的新發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家們現(xiàn)在了解夸克將它們自身結(jié)合在一起以形成這些復(fù)合物的復(fù)雜方式。

夸克通常以三三兩兩的形式組合在一起形成強(qiáng)子。然而，幾十年來，理論家已經(jīng)預(yù)測到存在四夸克和五夸克強(qiáng)子，它們有時被稱為四夸克和五夸克，近年來，包括LHCb在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了其中一些奇異的強(qiáng)子的存在。

這些由夸克不同尋常的組合制成的粒子是研究自然界的四個已知基本力之一，即強(qiáng)相互作用力的理想“實(shí)驗(yàn)室”，這種自然力是結(jié)合質(zhì)子、中子和構(gòu)成物質(zhì)的原子核的強(qiáng)相互作用。對強(qiáng)相互作用的詳細(xì)了解，確定新的、出乎意料的過程，對于是新物理學(xué)還是標(biāo)準(zhǔn)物理學(xué)的標(biāo)志將很重要。

即將離任的LHCb合作項(xiàng)目發(fā)言人Giovanni Passaleva說，“由四個夸克組成的顆粒已經(jīng)很奇特，我們剛發(fā)現(xiàn)的是第一個由四個相同類型的重夸克組成的，特別是兩個魅力夸克和兩個魅力反夸克，” “到目前為止，LHCb和其他實(shí)驗(yàn)只觀察到四夸克最多包含兩個重夸克，而沒有一個夸克包含兩個以上相同類型的夸克?！?/p>

即將上任的LHCb項(xiàng)目發(fā)言人Chris Parkes表示：“此次合作包括來自19個不同國家的1400多名成員，這是一個共同致力于實(shí)現(xiàn)我們的科學(xué)目標(biāo)的社團(tuán)?！?/p>

“今天的發(fā)現(xiàn)開啟了這一科學(xué)成就中又一激動人心的篇章，使我們能夠在極端情況下研究物質(zhì)粒子的理論。這種粒子屬于相當(dāng)極端的情況，它是一個奇異的強(qiáng)子，包含四個夸克，而不是其中的兩個或三個。

“研究極端系統(tǒng)使科學(xué)家能夠?qū)ξ覀兊睦碚撨M(jìn)行最深入的測試。通過研究這種粒子，希望我們將來能在此類中發(fā)現(xiàn)更多的粒子，我們將測試關(guān)于夸克如何結(jié)合并控制質(zhì)子的理論和中子?！?/p>

LHCb團(tuán)隊(duì)使用粒子搜尋技術(shù)找到了新的四夸克，該技術(shù)在平穩(wěn)的事件背景下尋找過多的碰撞事件。研究人員分別從2009年至2013年以及2015年至2018年進(jìn)行的大型強(qiáng)子對撞機(jī)的第一次和第二次運(yùn)行中篩選了完整的LHCb數(shù)據(jù)集，研究人員發(fā)現(xiàn)了由夸克構(gòu)成的粒子質(zhì)量分布發(fā)生了變化。

與以前的四夸克發(fā)現(xiàn)一樣，尚不清楚新粒子是否為“真正的四夸克”，也就是說，四個夸克緊密結(jié)合在一起的系統(tǒng)，是否是一對以如分子狀結(jié)構(gòu)弱結(jié)合的兩個夸克粒子。無論哪種方式，如此新的四夸克都將幫助理論家測試強(qiáng)相互作用理論——量子色動力學(xué)模型。