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核物理 | 超级计算机预测出奇特的六夸克粒子

2021-12-13 11:40     来源:PHYS&ORG     核物理原子核

艺术家对新预测的由两个重子组成的六夸克态(二重子)的刻画。图片来源:2021 村野惠子

日本理化学研究所(RIKEN)研究人员预测存在一种由六个基本粒子组成的奇特粒子,称为夸克,这可以加深我们对夸克如何结合形成原子核的理解。

夸克是物质的基本构成部分。原子核由质子和中子组成,而质子和中子又分别由三个夸克组成。由三个夸克组成的粒子被统称为重子。

长期以来,科学家们一直在思考是否存在包含两个重子的系统,这些重子被称为双重子。自然界中只存在一个双重子——氘核,一个由质子和中子组成的氢核,彼此之间的结合非常轻微。其他双重子已在核物理实验中被捕捉到,但它们的存在非常短暂。

“虽然氘核是唯一已知的稳定双重子,但可能存在更多的双重子,”理化学研究所跨学科理论和数学科学项目的杉浦拓哉说。“重要的是研究哪些重子对形成双重子,哪些不形成,因为这为了解夸克如何形成物质提供了宝贵的见解。”

量子色动力学是一个非常成功的理论,它描述了夸克如何相互作用。但是重子中夸克之间发生的强耦合使量子色动力学计算变得复杂。当考虑重子的束缚态(例如双重子)时,计算变得更加复杂。

现在,通过计算两个重子之间的作用力,每个重子都包含三个粲夸克(六种夸克之一),杉浦和他的同事预测了一种双重子的存在,他们称之为双粲欧米伽charm di-Omega。

对于这项计算,该团队通过大规模数值计算解决了量子色动力学问题。由于计算涉及大量变量,他们使用了两台功能强大的超级计算机:K 计算机和 HOKUSAI 超级计算机。“我们非常幸运能够使用超级计算机,这大大降低了执行计算的成本和时间,”杉浦说。“但我们还是花了好几年的时间才预测到双粲欧米伽的存在。”

尽管计算很复杂,双粲欧米伽是研究重子之间相互作用的最简单的系统。杉浦和他的团队现在正在使用超级计算机 Fugaku 研究其他粲强子。“我们对包含粲夸克的其他粒子之间的相互作用特别感兴趣,”杉浦说。“我们希望解开夸克如何结合形成粒子以及什么样的粒子能够存在的奥秘。”

该研究发表在《物理评论快报》上。

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