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科學家發話:四夸克態真實存在

7月
27
2018

2018年7月27日16時 今日科學 博科園

博科園

四夸克粒子是一種非常神秘怪異的粒子,科學家一度認為這種粒子不可能存在。現在,有兩支研究小組都證實了四夸克粒子的確真實存在。研究發現刊登在《物理學評論快報》上。

對於難以捉摸的四夸克物質態,科學家提出了兩項新的理論預測,最終發現了迄今為止最堅實的證據,證明這種奇異粒子真實存在。這一研究奠定了堅實基礎,能夠幫助我們開啟了解亞原子世界的新時代。研究參與者、美國費米國家加速器實驗室的理論物理學家克里斯·奎格表示:「我們認為這並非一項純理論研究。研究發現將最終得到驗證。」

原子層面之下還有亞原子粒子——包括質子和中子——它們由強子構成,強子則由被稱之為「夸克」的基本粒子構成。上世紀60年代,科學家首次提出夸克概念。在此之後,物理學家一直研究這種神秘粒子如何自我排列,幫助構成我們能夠觸摸和感知的物質構件。

現在,有兩支科學家小組均表示他們發現了強有力的理論證據,證明四夸克態真實存在。四夸克態是一種穩定結構,由4個夸克粒子構成。這已經不是科學家第一次聲稱發現四夸克態存在證據。本世紀,很多四夸克態候選者浮出水面,但這些發現基本都是理論上的,並未在觀測中得到證實。

2016年,費米實驗室的研究小組宣布發現一種符合四夸克態特徵的粒子。參與大型強子對撞機實驗的研究人員也發現神秘粒子,可能就是一個全新的四夸克粒子家族。不過,由於這一研究領域過於神秘莫測,驗證他們的發現並非易事。奎格在接受《物理世界》採訪時指出:「在四夸克態研究領域,人們總是提出其它解釋。」

夸克共有6種類型,被稱之為「味」,分別是上、下、粲、奇、底及頂,由它們的電荷、質量和旋轉等屬性決定。傳統理論認為,2個或者3個夸克可能結合在一起,形成一個複合粒子——夸克-反夸克對或者三夸克組合,再多便不可能了。

奎格和費米實驗室的物理學家伊斯蒂亞·伊切特率領的研究小組,以及特拉維夫大學和芝加哥大學的一支研究小組均證實,穩定的四夸克粒子可能存在。通過不同的理論解釋,兩支研究小組預測稱,兩個底夸克以及一個反頂夸克和一個反底夸克能夠構成一個四夸克粒子。反夸克就像是正常夸克的雙胞胎兄弟,但擁有相反的電荷極性。

特拉維夫大學的研究小組採用了其它方式。研究參與者馬萊克·卡爾里納指出兩支研究小組的結論「在定性層面幾乎一模一樣」。他在接受《生活科學》雜誌採訪時表示,對於這種一致性,物理學界給予積極評價,因為這意味著我們最終證實四夸克粒子真實存在。這是一項令人吃驚的發現。多年來,科學家一直認為四夸克粒子不可能存在。

不過,科學家的工作還沒有結束。雖然發現了最堅實的理論證據,證明四夸克粒子的存在,但仍需通過實際觀測——利用歐洲核子研究組織的大型強子對撞機或者其它實驗性粒子加速度——來驗證這一發現。何時能夠通過實驗來驗證他們的發現,尚是未知數,但奎格似乎充滿信心。他說:「我們發現了非常怪異的粒子,不可能是其它東西,一定是我們苦苦尋找的四夸克粒子。」

作者:彼得·多克里爾 來自:企鵝科學


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