在原子粉碎物中发现奇怪的新亚原子粒子

由物理学家简单认为他们在2003年发现的五个夸克构成的外来亚原子粒子现在终于出现了。 因此,在瑞士日内瓦的CERN实验室工作的物理学家说,他们声称已经找到了在高能质子碰撞碎片中存在所谓的五夸克的确凿证据。

LHCb的发言人盖伊威尔金森说,这一发现在理论中“填补了一个大洞”,描述了物质是如何从称为夸克的基本粒子中建立起来的,LHCb是大型强子对撞机(LHC)的四个主要探测器之一,这是发现的背后。 物理学家默里·盖尔曼于1964年提出的这一理论描述了构成原子核的质子和中子本身是如何由三个夸克构成的,以及其他被称为介子的粒子是如何由夸克和它们的反物质对应物制成的,反夸克。 然而,Gell-Mann的计划也指出存在由四夸克和反夸克组成的五夸克。 威尔金森说,在过去的50年里,没有任何关于这种粒子的证据,“并没有使这一理论受到损害,但却变得越来越麻烦。”

为了捕捉难以捉摸的猎物,威尔金森及其同事研究了质子在LHCb内碰撞产生的“λ-b”粒子的衰变。 他们测量了两种衰变产物的合成能量 - 质子和称为J / Psi的介子,它由一个“魅力”夸克和反夸克组成 - 然后计算出它们记录了成千上万的每个能量值的次数。他们研究过的碰撞。 他们发现,具有一定能量的配对数量 - 略低于质子质量的五倍 - 远远高于偶然预期的配对数量。 (根据爱因斯坦方程式E = mc 2 ,能量和质量是等价的。)研究人员得出结论,这是一个短暂的“charmonium”peququark的质量,包括两个夸克,一个夸克夸克,一个魅力夸克和一个反卫星夸克。

LHCb在2011年和2012年收集了数据,但威尔金森的团队拒绝宣布他们的发现,以避免那些的命运。 十二年前,来自世界各地的十几个研究小组宣布他们有一个称为theta-plus的较轻的五夸克的证据,但更详细的研究表明所有这些说法都是虚幻的。

为了确保他们的结果是稳健的,LHCb合作使用的数据不仅显示了CERN碰撞中产生的颗粒的能量,还显示了它们的方向。 通过计算机模型运行这些数据,他们发现 - 一个质量为4.45千兆电子伏特(GeV),另一个质量为4.38 GeV。 (相比之下,质子的重量为0.94 GeV。)该研究已上传至arXiv服务器并提交给物理评论快报。

来自合作之外的物理学家同意结果看起来令人信服。 “他们似乎已经找到了'重夸克'五夸克州的有力证据,”俄亥俄大学的肯希克斯说。 宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学的Curtis Meyer对此表示赞同。 “在阅读论文时,我没有看到任何我可以轻易指出的潜在问题,”他说,尽管他补充说“如果有这样的结果,确认非常重要。”

大型强子对撞机在经过2年的关闭后于4月再次启动,以升级机器以更高的能量运行。 Wilkinson说,现在,流入LHCb的新数据应该能让科学家研究五夸克的结构。 他解释说,目前还不清楚是否所有五个夸克都在新粒子内紧密结合在一起,或者是否三个夸克组合在一起,因为它们在质子和中子内部,而另外两个则形成一个单独的介子 - 有点像两个原子结合形成一个分子。

威尔金森说,因为五角星可能是在坍缩的恒星内部形成的,所以它们的发现可能会告诉我们更多关于恒星是由什么构成以及它们是如何演化的。 新数据也可能导致发现其他质量不同的五夸克。 “现在我们知道大自然允许将五个夸克绑定在一起,如果只允许这一组夸克以这种方式共存,那将是非常奇怪的,”他说。 “应该有很多其他人。我们必须去寻找他们。”