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欧洲核子研究组织宣布大型强子对撞机又发现了4种新粒子

CERN LHC 强子对撞机 希格斯玻色子
发布:2021-03-08 16:50:23     来源:煎蛋网

欧洲核子研究组织(CERN)近日宣布,在日内瓦的大型强子对撞机(LHC)中发现了四个全新的粒子。这意味着自2009年以来,在对质子的撞击中,大型强子对撞机已发现了59个新粒子。这还没算上拿下了诺贝尔奖的希格斯玻色子。

令人兴奋的是,虽然其中一些新粒子是理论早于预言过的,但有些则完全出人意料。

大型强子对撞机的目标是在实验室中探索物质的基本结构——验证人类目前最强大的理论工具:标准模型。大型强子对撞机已经交出了令人满意的答卷——科学家发现了希格斯玻色子,基本模型缺失的最后一块拼图。但是,基本模型还远远不算是完满。

原子核由质子和中子组成,质子和中子又分别由3个夸克组成(有6种不同的夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克、底夸克)。

强力或者强相互作用是维持原子核形态的强大力量。强相互作用的理论被称为“量子色动力学”,是科学史和实验结果最相符的理论之一。它描述了夸克如何通过交换被称为胶子的粒子,产生强力。您可以将胶子视为更熟悉的光子,光子是电磁力载体,胶子则是强力的载体。

但是,胶子与夸克的相互作用方式与电磁行为大不相同。将两个带电粒子分开时,电磁力会变弱,我们将两个夸克分开时,强力会变强。

结果就是,夸克被永远封闭在强子中——强子是由两个或多个夸克组成的粒子,其中包括质子和中子。当然,Cern的对撞机在瞬间赋予强子极高的能量,在极短时间内,让我们得以一撇夸克的真颜。

更复杂的是,标准模型中的所有粒子都具有反粒子。如果我们从质子中拉出一个夸克,则最终的力量将足以创建一个“夸克-反夸克”对,而新创建的夸克将进入质子中。

最终得到一个质子和一个全新的“介子”——由夸克和反夸克组成。这听起来可能很奇怪,但是根据量子力学,在宇宙无处不在的微小细节里,正反复上演着正-反粒子涌现的过程。

实验已经反复证明了这一点——我们从未见过单个夸克。强相互作用理论的一个令人不快的特征是,哪怕是电磁学中的一个简单过程,用量子色动力学来计算,最终也可能变得非常复杂。因此,我们还不能(理论上)证明夸克是不能单独存在。

更糟糕的是,我们甚至无法计算出哪些夸克组合实际上是可存在的,而哪些则不可能。

首次发现夸克时,科学家意识到理论上应该有几种组合。这包括成对的夸克和反夸克(介子);三夸克(重子);三个反夸克(antibaryons);两个夸克和两个反夸克(四夸克);以及四个夸克和一个反夸克(五夸克)——只要每种组合中的夸克数减去反夸克数均为三的倍数即可。

长期以来,实验中仅发现重子和介子。但是在2003年,日本的Belle实验发现了一个不合时宜的粒子。事实证明,那是一连串的四夸克粒子中的第一个。

2015年,大型强子对撞机的大型强子对撞机实验发现了两个五夸克粒子。我们最近发现的四个新粒子都由4个夸克构成。其中一组是正反粲夸克对。

https://www.sciencealert.com/scientists-just-discovered-four-new-subatomic-particles-all-tetraquarks

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