新·四夸克

來源：原理

最近，歐洲核子研究中心（CERN）的LHCb合作小組宣佈了一項新的發現，他們稱找到了一種奇異的、新的四夸克粒子。

6月30日，這項由近千名作者參與的研究被提交到了arXiv上，目前論文仍處於“同行評審”階段，但研究結果已經於一個研討會上呈現。據研究人員稱，這一結果符合宣稱發現了一個新粒子的統計閾值標準的。一旦得到最終確認，這將會是一項重大的發現，標誌着粒子物理學的一個巨大突破。

爲什麼新發現的這個四夸克如此重要？故事或許要從上世紀60年代開始說起。

那時，粒子物理學正處於一場革命之中，物理學家已經發現了大量的新粒子。然而，這顯然不符合許多物理學家心中所認爲的——自然在本質上應該是簡潔的、優雅的。因此，當時美國加州理工學院的喬治·茨威格（George Zweig），以及歐洲核子研究中心的默裏·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）在兩篇獨立發表的論文中，提出了全新的可能性：所有這些不同的粒子，是否可能都是由更小的、未知的不可分割的粒子組成的？

茨威格將他的這些不可分割的基本粒子稱爲“ace”；而蓋爾曼則選用“quark”，也就是被沿用至今的“夸克”一詞。

根據標準模型，我們知道夸克有6種味，分別爲上（up）、下（down）、粲（charm）、奇（strange）、底（bottom）、頂（top），它們各自有與之對應的攜帶相反電荷的反物質粒子。

如果按照這些夸克的質量大小來排列，最輕的是上、下夸克，這兩種夸克也最穩定；質量居中的是粲、奇夸克，它們通常會迅速衰變成上夸克或下夸克；最重的是底、頂夸克，這兩種夸克只能通過高能粒子間的碰撞產生。

根據基於對稱性的一些簡單規則，夸克可以互相結合，形成一種名爲強子的複合粒子。強子又包括由一個夸克和一個反夸克組成的介子，以及由三個夸克結合在一起的重子，我們熟悉的質子和中子就都是重子。

然而，早在蓋爾曼最初的論文中，他就已經意識到夸克或許還能以其他的方式組合。例如，兩個夸克和兩個反夸克或許可以粘在一起形成一個“四夸克”，而四個夸克和一個反夸克可以形成一個“五夸克”。

將時間快進到2003年。那一年，日本KEK實驗室的科學家發現了一種名爲X（3872）的新介子，這種新介子表現出了完全不同於普通介子的“奇異”特性。在接下來的幾年中，新的奇異粒子被相繼發現，物理學家開始意識到，許多這些奇異粒子只能用它們是由4個夸克構成的四夸克粒子來解釋。終於在2015年，CERN的LHCb實驗確認發現了第一個由5個夸克組成的五夸克粒子。