LHC发现一个新的含有两个魅夸克的粒子

美国物理学家Murray Gell-Mann 在六零年代透过对强子的分类,提出了夸克模型,并成功的预测出新粒子Omega (三个奇夸克)的存在。在1974年的时候,丁肇中与Burton Richter 发现了魅夸克(c)之后,物理学家了解除了三个质量较轻的上夸克(u),下夸克(d)和奇夸克(s)之外,还有其它更重的夸克存在。

LHC发现一个新的含有两个魅夸克的粒子

版权:CERN

(文/陈劲豪)

根据粒子物理的标准模型,现今的物质世界都是由夸克与轻子所构成的。我们中常见的电子是轻子的一种。夸克目前被认为是物质的最基本结构,当两个夸克结合在一起会形成介子,而三个夸克则会形成重子。构成所有原子核的质子与中子就是由三个夸克所构成。

美国物理学家Murray Gell-Mann 在六零年代透过对强子的分类,提出了夸克模型,并成功的预测出新粒子Omega (三个奇夸克)的存在。在1974年的时候,丁肇中与Burton Richter 发现了魅夸克(c)之后,物理学家了解除了三个质量较轻的上夸克(u),下夸克(d)和奇夸克(s)之外,还有其它更重的夸克存在。之后物理学家又发现了更重的底夸克(b)与顶夸克(t)。一般来说,顶夸克自成一类,而魅夸克与底夸克被合称为重夸克(heavy flavor quarks)。

由于顶夸克的质量(~170GeV)远大于其他的五种夸克(次重的底夸克质量约5GeV),因此目前没有发现顶夸克可以与其他夸克形成介子或重子的情况。但是对物理学家而言,寻找含有重夸克的强子,对了解夸克间的交互作用相当重要,因为如果三个夸克可以组成一个重子,那么除了顶夸克以外的五种夸克应该可以组成各式各样的强子。但是经过多年的实验结果,物理学家很快就体认到要找含有重夸克的强子很不容易,含有两个重夸克的强子就更罕见了。

位于LHC的LHCb实验,日前发表了最新的研究结果,宣布发现了一个新粒子。这个粒子的名字叫做Xi_cc^++,由两个魅夸克与一个上夸克形成。质量约3.621GeV,相当于质子的四倍重。

这种含有两个重夸克的粒子之所以不容易寻找,主因有二。其一是不容易产生,其二是不容易分析。以LHC来说,当高能质子对撞后,每次碰撞会产生大约二十个粒子。侦测器必须有着相当灵敏能量与动量解析度,并且能够区分各个粒子的种类,物理学家才能够透过理论上预测的衰变模式来重建这个新粒子。以这个新粒子来说,LHCb需要每次的碰撞事件中先找出一个带一个正电荷的lambda_c粒子,一个带负电荷的K介子,一对正负pi介子的事件后,才能重建出这个新粒子。

透过这个新粒子,物理学家可以研究这种带两个重夸克的强子如何与第三个较轻的夸克作用。有些理论认为这三个夸克中的两个重夸克可能会形成一个类似双星结构的系统,两者相互运行,然后比较轻的上夸克绕着这个「双星系统」转。但是否真是如此,则需要更多的实验数据来协助我们认识这个系统。

论文链接:arXiv.org

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