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證新粒子存在 助研粒子物理學

2016/7/4 — 15:22

HoangP / flickr

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雪城大學 (Syracuse University) 研究人員在 LHCb (LHC Beauty) 實驗中確認四夸克態 (Tetraquarks) 的存在。

夸克是組成物質的基本單元之一,當它們互相結合就可以形成複合粒子強子 (Hardon), 而強子內有質子 (Proton) 和中子 (Neutron) 。科學家一般發現的都是以 2-3 個合組而成的形態為主,而四夸克態過去雖然在理論上存在,但今次才真正被物理學家所確認。兩份報告的預印版已刊於 arXiV.org。

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LHC 找到的大量數據,可讓我們重新去找出特殊粒子和罕有物理現象。—— LHC 研究人員 Thomas Britton

研究人員之一的 Tomasz Skwarnicki 就向物理學雜誌《Symmetry》解釋,新發現的夸克粒子就跟電子一樣,可以被外在能量所「刺激」。要肯定新發現的粒子是新發現的四夸克態,物理學家就透過刺激新夸克粒子找出它們各自不同的內部結構、質量和量子數量。刺激後發現它們均由兩粒種粲夸克 (Charm Quarks) 和兩粒奇異夸克 (Strange Quarks) 組成。

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雖然組成的物質一樣,卻是各有特色。透過分析,科學家可以由它們的量子數量中描述粒子的亞原子特性,從中幫助理論物理學家認識粒子以及物質基本結構組成。研究人員早前分別在 2014 和 2015 年發現四夸克態和五夸克態存在,並以各自的質量單位——百萬電子伏質量 (MeV)  命名為:X(4140)、X(4274)、X(4500) 和 X(4700)。

今次四種新粒子與過往數據不相乎,所以現時物理學家正嘗試建構出新模型解釋結果,以進一步確認這次研究是四種新粒子,還是由不尋常的已知粒子組成。兩種解釋都可以令科學家增加對亞原子宇宙以及粒子物理學的認識。無論如何,都為解開量子物理學世界走前了一步。

報告:

LHCb collaboration. (2016). Amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays, arXiV.org, Published Online, DOI: arxiv.org/abs/1606.07898

LHCb collaboration. (2016). Observation of J/ψφ structures consistent with exotic states from amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays, arXiV.org, Published Online, DOI: arxiv.org/abs/1606.07895

原文:

Symmetry Magazine, LHCb discovers family of tetraquarks, 29 June 2016

文/eh

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