世界不思議

LHCb 實驗首發現全新「四誇克」奇異粒子,內部可能藏有強核力奧祕


物理學家首度觀察到全新的「四誇克」奇異粒子。我們所熟知的中子、質子內部就是由多個誇克構成,而誇克本身又透過強交互作用結合在一起,但不同數目誇克結合而成的複合粒子,內部作用力也相當複雜,發現這種新粒子將能幫助科學家更加了解強交互作用──4 種宇宙基本作用力中最強的力。

誇克是基本粒子,通常 2、3 個經強交互作用綑綁在一起、形成稱為強子的複合粒子,比如質子和中子就是由 3 個誇克構成。然而理論物理學家預測過還有更稀有的四誇克(tetraquark)、五誇克(pentaquark)甚至六誇克粒子存在,近年來,包括 LHCb 在內的高能粒子物理實驗,已證實發現一些五誇克。

2015 年時,大型強子對撞機底誇克實驗(Large Hadron Collider beauty,LHCb)宣布發現 2 種新五誇克粒子,命名為 Pc(4450)和 Pc(4380);去年則再發現第 3 種五誇克粒子,命名為 Pc(4312)。

現在,LHCb 實驗首次觀察到由 4 個誇克組成的奇異粒子,命名為 X(6900)。四誇克顧名思義,是由 4 個誇克(2 個誇克和 2 個反誇克)形成的一種假想介子,存在很多種可能的結構組合,比如緊湊四誇克態(Tetraquark)、介子分子態(Meson molecule)、雙誇克偶素(Diquark-onium,正誇克對與反誇克對的束縛態)、強子誇克偶素(Hadro-quarkonium),誇克偶素伴隨介子(Quarkonium adjoint Meson)等,具體還需深入研究。

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由 4 個誇克組成的粒子本身已經很奇特,科學家新發現的四誇克粒子還是第一個由 4 個完全相同類型的重誇克所組成:2 個魅誇克(Charm quark)和 2 個反魅誇克,過去其他實驗觀察到的四誇克粒子,最多只包含 2 個重誇克。

有關四誇克、五誇克一個最重要的問題,是它們的內部結構性質。與以前觀察到的四誇克粒子一樣,LHCb 團隊還不確定新發現的 X(6900)是不是「真的」四誇克:所有誇克緊密結合在一起的系統,又或事實上只是 2 個誇克-反誇克對以分子狀結構弱結合,又甚至可能有更極端的結合方式。

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隨著未來發現越來越多奇異的多誇克粒子,科學家將能測試誇克如何結合並控制質子與中子。新論文預印本已發表在《arXiv》網站。

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