性夸克能證明暗物質(zhì)，也就是暗物質(zhì)由性夸克組成，那么為什么我們檢測不出性夸克呢？

理論上性夸克能形成暗物質(zhì)，長期的實驗卻沒能發(fā)現(xiàn)性夸克，科學(xué)是需要不斷地嘗試。

簡介：幾十年來，物理學(xué)家們一直在研究把所有物質(zhì)內(nèi)部粘在一起的膠水背后的數(shù)學(xué)原理，他們發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的假設(shè)粒子—性夸克。性夸克的性質(zhì)或許與暗物質(zhì)的形成有關(guān)。雖然目前并未在任何實驗室發(fā)現(xiàn)它的存在，但加州SLAC國家加速器實驗室的BaBar探測器非常擅長于產(chǎn)生許多夸克組合。如果性夸克真實存在，BaBar將是最有機會驗證它存在的探測器。

這些極其穩(wěn)定的粒子可以解釋暗物質(zhì)。

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(圖片: ? 快門)

幾十年來，物理學(xué)家們一直在研究把所有物質(zhì)的內(nèi)部粘在一起的“膠水”背后的數(shù)學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的假設(shè)粒子，這種粒子從未出現(xiàn)在任何實驗中。這個怪胎被稱為性夸克，由六個不同味道的夸克組成。

除了是一個聽起來很酷的角色外，這個怪胎最終可以解釋一直令人發(fā)狂的神秘暗物質(zhì)。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果性夸克有一個特定的質(zhì)量，它就可以永遠(yuǎn)存在。

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自然界中的夸克

幾乎你所知道和熱愛的一切都是由被稱為夸克的微小粒子構(gòu)成的，夸克分為六類，分別是：上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、頂夸克、底夸克。上下夸克是最輕的，這使得它們是迄今為止最常見的。（在粒子物理學(xué)中，粒子越重，就越有可能衰變成更小、更穩(wěn)定的東西。）

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你體內(nèi)的質(zhì)子和中子都是由三個夸克組成的，兩個上夸克和一個下夸克形成一個質(zhì)子，兩個下夸克和一個上夸克形成一個中子。事實上，由于強作用力的復(fù)雜性，夸克真的喜歡以三個一組的形式出現(xiàn)，這也是迄今為止最穩(wěn)定和最常見的構(gòu)型。

偶爾在我們的粒子對撞機中，我們會制造出由一對夸克組成的粒子；這些凝聚體是不穩(wěn)定的，很快就會衰變成其他東西。有時候，當(dāng)我們非常努力的時候，我們可以把五個夸克粘在一起，使它們在衰變成其他東西之前，能很好地相互作用。

到目前為止，這些都是我們能夠制造的夸克組合。

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然而，過程中可能出現(xiàn)一些奇怪的東西。

元素的融合

經(jīng)過幾十年對強原子核數(shù)學(xué)方面的探究，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的組合，這種組合尚未出現(xiàn)在我們的實驗中：一個由六個夸克組成的排列，由兩個上夸克，兩個下夸克和兩個奇夸克組成：性夸克。

理論并不能預(yù)測性夸克的質(zhì)量；這個值將取決于粒子內(nèi)部每個夸克的精確排列和相互作用，因此由實驗物理學(xué)家來確定。至于性夸克的穩(wěn)定性？計算表明，如果它的質(zhì)量低于某一臨界值，它將永遠(yuǎn)保持穩(wěn)定，這意味著它永遠(yuǎn)不會衰變。如果質(zhì)量稍大一點，但仍低于某一臨界值，那么粒子就會衰變，但經(jīng)過此類長時間的過渡，它可能會永遠(yuǎn)穩(wěn)定。

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那么如果性夸克穩(wěn)定的話，為什么我們從來沒見過呢？

奇怪的是，性夸克的的穩(wěn)定質(zhì)量范圍低于許多粒子對撞機實驗所能創(chuàng)造的臨界值；這些機器被設(shè)計用來研究更稀有、更重、更快的粒子。換言之，這些年來，性夸克可能只是在雷達(dá)的監(jiān)視下飛行，隱藏在人們的視線中。

但是粒子對撞機并不是唯一一個制造性標(biāo)記的地方。宇宙大爆炸最早的時刻是一個狂熱的核能溫床，其溫度和壓力高到足以讓從未加工的“夸克湯”中融合氦和氫。而那個熔爐也可能讓我們的宇宙充滿了性夸克標(biāo)記，以及所有更為熟悉的亞原子特征。

初步計算表明，如果性夸克是質(zhì)量范圍內(nèi)的一個真實物體，它可能在早期宇宙大爆發(fā)中大量產(chǎn)生。它本可以在那場爆發(fā)中幸存下來。事實上，性夸克仍然存在，并沒有真正與任何東西相互作用，并沒有真正衰變成其他任何東西，也沒有因為它們的質(zhì)量而在它們聚集的任何地方產(chǎn)生額外的引力。

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哪種粒子看不見但是充斥著宇宙，并且只通過引力相互作用？沒錯，那就是暗物質(zhì)。

暗物質(zhì)中的光

為了讓性夸克形成暗物質(zhì)它必須實際存在。這是目前爭論的話題，因為它從未在粒子對撞機實驗中被發(fā)現(xiàn)。但正如我們之前所看到的，性夸克相對較輕的質(zhì)量可能意味著它能夠悄悄溜走，僅僅是因為我們沒有尋找它。

但這已經(jīng)開始改變了。加州SLAC國家加速器實驗室的BaBar探測器非常擅長于產(chǎn)生許多夸克組合，包括一些非常重的夸克，它們衰變?yōu)楦€(wěn)定和更合理的排列。如果存在，BaBar探測器也應(yīng)該產(chǎn)生性夸克的成果。

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1月2日發(fā)表在arXiv數(shù)據(jù)庫上的一篇文章報道了最新的結(jié)果：沒有任何性夸克的跡象。但這一發(fā)現(xiàn)只有90%的可信度。這意味著，如果夸克的更大質(zhì)量和更不穩(wěn)定的組合衰變?yōu)榉€(wěn)定的六分點，它們很少這樣衰變，幾乎是每1000萬只衰變一次。

這是否排除了性夸克作為暗物質(zhì)候選者的可能性？不完全是?？赡苁窃缙谟钪娴臈l件允許制造足夠多的性夸克的標(biāo)記，它們可以解釋我們估計宇宙中暗物質(zhì)的數(shù)量。但新的結(jié)果確實使得用性夸克標(biāo)記來解釋暗物質(zhì)具有挑戰(zhàn)性。

但這是一個很好的嘗試，科學(xué)需要不斷嘗試。

保羅·薩特是石溪大學(xué)熨斗研究院的一名天體物理學(xué)家，《問一個太空人》和《太空廣播》的主持人，《你在宇宙中的位置》的作者。

BY: Paul Sutter - Astrophysicist

FY: 拾壹

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