已发现新的、寿命最长的“奇异物质”粒子

编译：小新

新创建的四夸克的概念图，带有两个粲夸克（左）和一个上下反夸克（右)。图片来源：D.DOMINGUEZ/CERN

一种新的“奇异物质”粒子被发现了。虽然新的亚原子粒子现在经常被发现，但这种粒子的与众不同之处在于，它的衰变时间是迄今为止发现的任何奇异物质中最长的。因此，这让物理学家们接近了一个长久以来的梦想:产生稳定的外来粒子(即存在于最初的2夸克和3夸克粒子之外的粒子)。

欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家在大型强子对撞机(LHCb)实验中发现了新的Tcc+粒子，它是一种四夸克粒子，由两个夸克和两个反夸克组成。这项新发现于昨天在欧洲物理学会高能物理会议上公布。

夸克的名字来源于这样一个事实:夸克通常以三个形式存在;詹姆斯·乔伊斯(James Joyce)的《芬尼根守灵夜》(Finnegans Wake)中有一句话是这样写的:“给Muster Mark的三夸克!”它们三位一体组成了质子和中子，几乎构成了我们所有的质量。后来我们知道介子，强核力的载体，只由一个夸克和一个反夸克组成，反夸克是一种质量与夸克相当但电荷相反的粒子。

最近，“粒子动物园”已经发展到包括四夸克和五夸克，即分别由四或五夸克/反夸克形成的粒子。组成夸克/反夸克的“味道”决定了它们的性质。Tcc+由两个粲夸克组成，一个上夸克和一个下反夸克。

粲夸克和反夸克抵消了它们的粲成分，就像正电荷和负电荷一样。两个粲夸克的存在，没有任何东西来平衡它们，使得Tcc+的魅力倍增。抛开笑话不谈，Tcc+的重要性在于，与之前创造的高度不稳定的四夸克相比，它是多么接近稳定。

四夸克分裂成两个介子。就像重元素分裂成更轻的元素一样，以这种方式产生的介子的总质量小于它们之前的四夸克;“失去的”质量以能量的形式释放出来。然而，欧洲核子研究中心的一篇文章报道说，Tcc+产品的总质量与Tcc+粒子的质量非常接近，只剩下273kev能量，而其他四夸克的衰变能量以数千万或上亿电子伏计算。随着准备释放的能量减少，Tcc+衰变的动力减弱，延长了它的寿命。

虽然比顶夸克质量小得多，但粲夸克的质量是上下夸克的数百倍。Tcc+是第一个被发现在其组成夸克和反夸克之间存在不匹配的四夸克。

LHCb美容实验的Ivan Polyakov博士告诉CERN Courier，双底四夸克“很少产生，目前大型强子对撞机的光度无法达到”。然而，即将到来的升级可能会改变这一点。

除了作为稳定外来粒子的垫脚石，Tcc+还因为其他原因吸引了它的发现者。现有的四夸克寿命很短，因此我们无法直接研究它们，只能研究它们产生的介子来推断它们的性质。Tcc+的介子相对容易研究，低能量释放有利于精确测量。这使得在亚原子水平上测试物理理论模型的准确性变得更加容易。

作者：Stephen Luntz

Stephen Luntz毕业于墨尔本大学，获得了科学(物理专业)和艺术(英国文学和科学的历史和哲学)学位，随后获得了澳大利亚国立大学的科学传播研究生文凭。除了为科学博物馆设计展览外，还为澳大利亚农村地区的数千名学生表演了有关飞行和碰撞的科学，以及液氮的使用。在成为IFLScience.com的专职撰稿人之前，Stephen为《澳大利亚科学》杂志写了15年的文章。他的专栏被列入昆士兰总理科学写作奖的候选名单，并构成了《法医、化石和果蝠:澳大利亚科学家实地指南》一书的基础。这本书探讨了从事大量现代研究的科学家们的职业生涯和动机，但他们很少得到那些获得重大奖项的人的关注。另一方面，他的文章还采访了三位诺贝尔奖得主。