歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)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(duì)撞機(jī)夸克項(xiàng)目，英語：Large Hadron Collider beauty，縮寫：LHCb，是LHC上的7個(gè)探測(cè)器之一，它的主要物理目標(biāo)是測(cè)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(duì)稱性。該探測(cè)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(cè)量。大約有來自60個(gè)科研機(jī)構(gòu)840人、代表16個(gè)國家形成建造和操作探測(cè)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(huì)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(gè)分量，因?yàn)槊總€(gè)投影都由信號(hào)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(hào)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。夸克是一種基本粒子，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(cè)到存在四夸克和五夸克強(qiáng)子，它們有時(shí)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(gè)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(duì)強(qiáng)相互作用的詳細(xì)了解，確定新的、出乎意料的過程，對(duì)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(gè)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(gè)由四個(gè)相同類型的重夸克組成的，特別是兩個(gè)魅力夸克和兩個(gè)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(gè)重夸克，而沒有一個(gè)夸克包含兩個(gè)以上相同類型的夸克。”

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(gè)不同國家的1400多名成員，這是一個(gè)共同致力于實(shí)現(xiàn)我們的科學(xué)目標(biāo)的社團(tuán)。”

“今天的發(fā)現(xiàn)開啟了這一科學(xué)成就中又一激動(dòng)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(gè)奇異的強(qiáng)子，包含四個(gè)夸克，而不是其中的兩個(gè)或三個(gè)。

“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(cè)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(cè)試關(guān)于夸克如何結(jié)合并控制質(zhì)子的理論和中子。”

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(duì)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(gè)夸克緊密結(jié)合在一起的系統(tǒng)，是否是一對(duì)以如分子狀結(jié)構(gòu)弱結(jié)合的兩個(gè)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(cè)試強(qiáng)相互作用理論——量子色動(dòng)力學(xué)模型。