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4種新粒子又被發現了

忽略投資市場的表現,本月第一周可說是好消息不斷。這不,歐洲核子研究組織(CERN)剛剛宣佈,在日內瓦的大型強子對撞機(LHC)中發現了四個全新的粒子。

(資料圖)

這意味着自2009年以來,在對質子的撞擊中,大型強子對撞機已發現了59個新粒子。這還沒算上拿下了諾貝爾獎的希格斯玻色子。

令人興奮的是,雖然其中一些新粒子是理論早於預言過的,但有些則完全出人意料。

大型強子對撞機的目標是在實驗室中探索物質的基本結構——驗證人類目前最強大的理論工具:標準模型。大型強子對撞機已經交出了令人滿意的答卷——科學家發現了希格斯玻色子,基本模型缺失的最後一塊拼圖。但是,基本模型還遠遠不算是完滿。

原子核由質子和中子組成,質子和中子又分別由3個夸克組成(有6種不同的夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、頂夸克、底夸克)。

強力或者強相互作用是維持原子核形態的強大力量。強相互作用的理論被稱為「量子色動力學」,是科學史和實驗結果最相符的理論之一。它描述了夸克如何通過交換被稱為膠子的粒子,產生強力。您可以將膠子視為更熟悉的光子,光子是電磁力載體,膠子則是強力的載體。

但是,膠子與夸克的相互作用方式與電磁行為大不相同。將兩個帶電粒子分開時,電磁力會變弱,我們將兩個夸克分開時,強力會變強。

結果就是,夸克被永遠封閉在強子中——強子是由兩個或多個夸克組成的粒子,其中包括質子和中子。當然,Cern的對撞機在瞬間賦予強子極高的能量,在極短時間內,讓我們得以一撇夸克的真顏。

更複雜的是,標準模型中的所有粒子都具有反粒子。如果我們從質子中拉出一個夸克,則最終的力量將足以創建一個「夸克-反夸克」對,而新創建的夸克將進入質子中。

最終得到一個質子和一個全新的「介子」——由夸克和反夸克組成。這聽起來可能很奇怪,但是根據量子力學,在宇宙無處不在的微小細節里,正反覆上演着正-反粒子湧現的過程。

實驗已經反覆證明了這一點——我們從未見過單個夸克。強相互作用理論的一個令人不快的特徵是,哪怕是電磁學中的一個簡單過程,用量子色動力學來計算,最終也可能變得非常複雜。因此,我們還不能(理論上)證明夸克是不能單獨存在。

更糟糕的是,我們甚至無法計算出哪些夸克組合實際上是可存在的,而哪些則不可能。

首次發現夸克時,科學家意識到理論上應該有幾種組合。這包括成對的夸克和反夸克(介子);三夸克(重子);三個反夸克(antibaryons);兩個夸克和兩個反夸克(四夸克);以及四個夸克和一個反夸克(五夸克)——只要每種組合中的夸克數減去反夸克數均為三的倍數即可。

長期以來,實驗中僅發現重子和介子。但是在2003年,日本的Belle實驗發現了一個不合時宜的粒子。事實證明,那是一連串的四夸克粒子中的第一個。

2015年,大型強子對撞機的大型強子對撞機實驗發現了兩個五夸克粒子。

我們最近發現的四個新粒子都由4個夸克構成。其中一組是正反粲夸克對。

責任編輯: 李華  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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