微觀物理學的重大突破！誇克是如何相互作用，組成我們所在的世界

簡介：CERN發現了預言中的新粒子—“tetraquark”，由兩個誇克和兩個反誇克綁定組成。

歐洲核子研究中心的 LHCb 機構宣布發現了一種新的奇異粒子：也就是所謂的“四誇克”。相關的論文由 800 多位作者撰寫，雖然尚未由其他的科學家在“同行評審”中進行評估，但已在研討會上發表。
在研討會上，科學家們還聲稱發現新粒子的常用統計閾值。

這一發現標志著近 20 年來在世界各地的粒子物理實驗室進行的研究有了重大突破。

為了了解四誇克是什麼，以及為什麼這一發現如此重要，我們需要回到 1964 年，當時粒子物理學正處於一場革命之中。
披頭士狂熱剛剛爆發，越南戰爭正在肆虐，新澤西州的兩名年輕射電天文學家剛剛發現了宇宙大爆炸理論有史以來最有力的證據。

美國西南部的加州理工學院和大西洋另一邊瑞士歐洲核子研究中心的雙粒子物理學家們分別發表了兩篇關於同一主題的獨立論文。兩者都是關於如何理解過去二十年中發現的大量新粒子。

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許多物理學家難以接受宇宙中可能存在如此多的基本粒子，也就是所謂的“粒子動物園”。來自歐洲核子研究中心的喬治·茨威格和來自加州理工學院的默裏·蓋爾曼找到了相同的解決方案。如果所有這些不同的粒子真的由更小、未知的基礎塊組成，就像元素周期表中的一百多種元素由質子、中子和電子組成一樣，會怎樣？ 茨威格將這些基礎塊稱為“王牌”，而蓋爾曼則選擇了我們今天仍在使用的術語：“誇克”。

我們現在知道有六種不同的誇克——上誇克、下誇克、粲誇克、奇誇克、頂誇克和底誇克。
這些粒子也有各自帶相反電荷的反物質同伴，它們可以根據基於對稱性的簡單規則結合在一起。
由誇克和反誇克組成的粒子稱為“介子”； 而三個誇克結合在一起會形成“重子”。
構成原子核的熟悉的質子和中子就是重子的一種。

這種分類方案完美地描述了 1960 年代的粒子動物園。然而，即使在蓋爾曼的原始論文中，他也意識到誇克的其他組合方式也是可能的。
例如，兩個誇克和兩個反誇克可能會粘在一起形成“四誇克”，而四個誇克和一個反誇克會形成“五誇克”。

具有奇異特性的粒子

快進到 2003 年，日本 KEK 實驗室的 Belle 實驗報告了對一種名為 X(3872) 的新介子的觀察，它顯示出與普通介子截然不同的“奇異”特性。

在接下來的幾年裏，物理學家們發現了幾個新的奇異粒子，於是他們開始意識到，只有在這些粒子是由四個誇克而不是兩個誇克組成的時候，它們才可以解釋得通。
然後，在 2015 年，歐洲核子研究中心的 LHCb 實驗發現了第一個由五個誇克組成的五誇克粒子。

迄今為止發現的所有四誇克和五誇克都包含兩個相對重的粲誇克和兩到三個較輕的上誇克、下誇克或奇誇克。
這種特殊的組合確實是在實驗中最容易發現的。

但是 LHCb 最近發現的四誇克由四個粲誇克組成，也被稱為 X(6900)。
經過觀察，四誇克由大型強子對撞機的高能質子碰撞中產生，之後會衰變成為已知的介子粒子J/psi，每個粒子由粲誇克和粲反誇克組成。四誇克耐人尋味的是，它不僅完全由重誇克組成，而且還由四個相同類型的誇克組成——這是一個幫助證實我們如何理解誇克結合在一起的獨特樣本。

LHCb 探測員布萊斯. J. 奧丹，歐洲核子研究中心

目前，有兩種不同的模型可以解釋誇克如何結合在一起：它們可能是強結合的，結合成為我們所說的緊湊四誇克。或者可能是誇克排列成兩個介子，它們松散地粘在一個“分子”中。

普通分子由通過電磁力結合在一起的原子組成，電磁力作用於帶正電的原子核和帶負電的電子之間。
但是介子或重子中的誇克是通過一種不同的力連接起來的，即“強力”。
原子和誇克雖然遵循非常不同的規則，但是都可以形成非常相似的複雜物體，這真有趣極了。

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根據之前的研究成果，新粒子似乎更加符合致密四誇克而不是雙介子分子。因此它與眾不同，物理學家詳細研究這種新的結合機制。這也意味著其他重致密四誇克的存在。

進入微觀宇宙的窗口

誇克之間的強力作用遵循非常複雜的規則——複雜到只能用近似值和超級計算機來計算其效應。

X(6900) 的獨特性質將有助於理解如何提高這些近似值的准確性，以便在未來我們能夠描述我們今天無法實現的其他更複雜的物理學機制。

自從發現 X(3872) 以來，對奇異粒子的研究蓬勃發展，數百名理論物理學家和實驗物理學家共同努力，為這個令人興奮的新領域提供了一些線索。
新四誇克的發現是一個巨大的飛躍，表明仍然存在許多新的奇異粒子，等待有人揭開它們的面紗。

BY: inverse

FY: 側耳傾聽

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