物理学家首度观察到全新的“四夸克”通用粒子。我们所熟知的中子、质子内部就是由多个夸克构成,而夸克本身又通过强交互作用结合在一起,但不同数目夸克结合而成的复合粒子,内部作用力也相当复杂,发现这种新粒子将能帮助科学家更加了解强交互作用──4种宇宙基本作用力中最强的力。

夸克是基本粒子,通常2、3个经强交互作用捆绑在一起、形成称为强子的复合粒子,比如质子和中子就是由3个夸克构成。然而理论物理学家预测过还有更稀有的四夸克(tetraquark)、五夸克(pentaquark)甚至六夸克粒子存在,近年来,包括LHCb在内的高能粒子物理实验,已证实发现一些五夸克。
2015年时,大型强子对撞机底夸克实验(Large Hadron Collider beauty,LHCb)宣布发现2种新五夸克粒子,命名为Pc(4450)和Pc(4380);去年则再发现第3种五夸克粒子,命名为Pc(4312)。
现在,LHCb实验首次观察到由4个夸克组成的通用粒子,命名为X(6900)。四夸克顾名思义,是由4个夸克(2个夸克和2个反夸克)形成的一种假想介子,存在很多种可能的结构组合,比如紧凑四夸克态(Tetraquark)、介子分子态(Meson molecule)、双夸克偶素(Diquark-onium,正夸克对与反夸克对的束缚态)、强子夸克偶素(Hadro-quarkonium),夸克偶素伴随介子(Quarkonium adjoint Meson)等,具体还需深入研究。
由4个夸克组成的粒子本身已经很奇特,科学家新发现的四夸克粒子还是第一个由4个完全相同类型的重夸克所组成:2个魅夸克(Charm quark)和2个反魅夸克,过去其他实验观察到的四夸克粒子,最多只包含2个重夸克。
有关四夸克、五夸克一个最重要的问题,是它们的内部结构性质。与以前观察到的四夸克粒子一样,LHCb团队还不确定新发现的X(6900)是不是“真的”四夸克:所有夸克紧密结合在一起的系统,又或事实上只是2个夸克-反夸克对以分子状结构弱结合,又甚至可能有更极端的结合方式。
随着未来发现越来越多通用的多夸克粒子,科学家将能测试夸克如何结整合控制质子与中子。新论文预印本已发布在《arXiv》网站。
(首图来源:CERN)