簡(jiǎn)介：CERN發(fā)現(xiàn)了預(yù)言中的新粒子—“tetraquark”，由兩個(gè)夸克和兩個(gè)反夸克綁定組成。

由歐洲核子研究組織（CERN）和LHC底夸克偵測(cè)器合作共同發(fā)表了新粒子的發(fā)現(xiàn)：四夸克粒子。

目前他們這篇有超過800名作者的論文正在被由其他科學(xué)家組成的“共同復(fù)盤”小組進(jìn)行評(píng)審，已在討論組公布。它也同樣遇到了常規(guī)的聲明發(fā)現(xiàn)新粒子的數(shù)據(jù)（統(tǒng)計(jì)）門檻。

這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著將近20年的研究終于有了結(jié)果。

為了更好地認(rèn)識(shí)“四夸克粒子”，以及它的發(fā)現(xiàn)為何如此重要，讓我們先回到1964年，正是粒子物理學(xué)發(fā)生變革的中期。彼時(shí)披頭士樂隊(duì)火爆全球，越戰(zhàn)剛剛爆發(fā)，有兩個(gè)來自新澤西州的青年射電天文學(xué)家剛剛發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸理論的最強(qiáng)有力的證據(jù)；在美國(guó)的另一邊，加州科技委員會(huì)，以及位于大西洋彼岸的瑞士的CERN，雙粒子物理學(xué)家發(fā)表了主題相同但各自獨(dú)立的論文，兩篇論文都是講關(guān)于如何讓過去20幾年發(fā)現(xiàn)的海量新粒子更有意義。

許多物理學(xué)家爭(zhēng)論著是否要接受宇宙中存在如此巨量的元素粒子，宇宙已經(jīng)成為公認(rèn)的“粒子動(dòng)物園”，CERN的喬治·茨維格和加州理工大學(xué)的墨里·蓋爾曼得到了相同的結(jié)論。如果所有這些不同的粒子確實(shí)都是由更小的、未知的元素構(gòu)成的，那么同樣的上百個(gè)元素周期表中由質(zhì)子、中子和電子組成的元素呢？茨維格把這些元素稱為“王牌”，吉爾-曼則選中了我們現(xiàn)在常用的那個(gè)名字：夸克。

現(xiàn)在我們已知的有六種不同的夸克：上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、頂夸克和底夸克。這些粒子還有各自的相反極大反物質(zhì)同伴，它們能通過基于對(duì)稱性的簡(jiǎn)單規(guī)則連在一起。一個(gè)由一夸克和一反夸克組成的粒子叫“介子”；三夸克組成“重子”的質(zhì)子和中子組成的原子核就是重子的代表。這一分類方式成功地對(duì)1960年代的粒子動(dòng)物園進(jìn)行了精準(zhǔn)描述。然而，即使是在蓋爾曼最初的論文里，他也認(rèn)為存在其他夸克組合的可能性。比如說，二夸克和二反夸克可以組成“四夸克”，四夸克和一反夸克組成“五夸克”。

外來粒子/奇特粒子

讓我們快進(jìn)來到2003年，彼時(shí)日本高能加速器研究所的貝爾實(shí)驗(yàn)發(fā)布報(bào)告，聲稱觀察到了一種新的“介子”：X（3872），一種能展現(xiàn)/表現(xiàn)出“外來”推進(jìn)器的粒子，和普通介子大為不同。

在接下來的數(shù)年中，許多新的奇特粒子陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們也開始意識(shí)到，大部分粒子只有在它們是由四個(gè)夸克組成的四夸克而非二夸克時(shí)才能解釋得通。之后在2015年，CERN的LHCb實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)由5個(gè)夸克組成的“五夸克粒子”。

所有目前已發(fā)現(xiàn)的“四夸克”和“五夸克”都包含兩種粲夸克，它們是重夸克以及二到三種輕夸克：上、下或奇夸克。這種特別的分子式是最容易直接通過實(shí)驗(yàn)就發(fā)現(xiàn)的。

但是LHCb發(fā)現(xiàn)的最新的被稱為X（6900）的四夸克則是由四個(gè)粲夸克組成的。由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的高能質(zhì)子對(duì)撞產(chǎn)生的新四夸克是通過它衰變成成對(duì)的眾所周知的J/psi介子而被觀察到的。每一個(gè)都是由粲夸克和反粲夸克組成的。這讓它變得格外有趣：它不但只是全部由重夸克組成，而且還有四個(gè)同類型的夸克，這讓它們每一個(gè)粒子都是獨(dú)特的樣本，用來檢測(cè)我們對(duì)夸克是如何組合在一起的理解。

LHCb檢測(cè)器 M 布萊斯 J 奧丹/CERN

目前，有兩種模型可以解釋夸克的結(jié)合機(jī)制：可能是它們過于強(qiáng)大的束縛而形成了我們所謂的緊湊四夸克，亦或是夸克自行排列形成了兩個(gè)介子，它們松散地結(jié)合成一個(gè)“分子”。

正常的分子是由原子被電磁力結(jié)合在一起而形成的，作用于正原子核和負(fù)原子核。但是分子或重子內(nèi)的夸克是被另外的力結(jié)合在一起的：強(qiáng)力。原子和夸克遵循完全不同的規(guī)則，都能形成十分相似的復(fù)雜物質(zhì)，這一點(diǎn)真是令人著迷。

新粒子看上去適合緊湊四夸克而非兩介子分子更一致，這是對(duì)前面的發(fā)現(xiàn)最好的解釋。這讓事情變得不同尋常。它將允許物理學(xué)家們研究這一新組合機(jī)制的細(xì)節(jié)。它還暗示著有其他重緊湊四夸克的存在。

微觀世界之窗

夸克間的強(qiáng)力運(yùn)作遵循著非常復(fù)雜的規(guī)則——有多復(fù)雜呢？事實(shí)上，唯一能計(jì)算出它的結(jié)果的方法就是取近似值以及使用超級(jí)計(jì)算機(jī)。

X（6900）的特性將幫助人們了解如何提高這些近似值的精確度，這樣，我們將來就能描述其它物理學(xué)領(lǐng)域更加復(fù)雜的機(jī)制，是我們今日今時(shí)遠(yuǎn)不能達(dá)到的程度。

自從X（3872）被發(fā)現(xiàn)以來，對(duì)奇特粒子的研究日漸興盛，數(shù)百位理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家齊聚一堂，照亮這一新領(lǐng)域的殿堂。新的四夸克的發(fā)現(xiàn)是一劑強(qiáng)心劑，它象征著仍有許多全新的奇特粒子，正等待著人類去揭開它們的面紗！

BY: Lorenzo Capriotti

FY: Ishuca·柳

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