科学家发现新的异类物质粒子:四夸克

今天,欧洲核子研究中心的LHCb实验在欧洲物理学会高能物理会议(EPS-HEP)上提出了一个新发现。LHCb发现的新粒子被标记为Tcc+,是一个四夸克–一个包含两个夸克和两个反夸克的异域强子。它是迄今为止发现的寿命最长的异类物质粒子,也是第一个包含两个重夸克和两个轻反夸克的粒子。艺术家对

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  今天,欧洲核子研究中心的 LHCb 实验在欧洲物理学会高能物理会议(EPS-HEP)上提出了一个新发现。LHCb 发现的新粒子被标记为 Tcc+,是一个四夸克–一个包含两个夸克和两个反夸克的异域强子。它是迄今为止发现的寿命最长的异类物质粒子,也是第一个包含两个重夸克和两个轻反夸克的粒子。

艺术家对 Tcc+ 的印象,一个由两个粲夸克和一个向上和向下的反夸克组成的四夸克。资料来源:欧洲核子研究中心

  夸克是构成物质的基本组成部分。它们结合起来形成强子,即重子,如质子和中子,由三个夸克组成,以及介子,由夸克-反夸克对形成。近年来,已经发现了一些所谓的异类强子–具有四个或五个夸克的粒子,而不是传统的两个或三个。今天的发现是一个特别独特的异域强子。这种新粒子包含两个魅力夸克以及一个向上和一个向下的反夸克。

  近年来已经发现了几个四夸克(包括一个有两个粲夸克和两个粲反夸克的四夸克),但这是第一个包含两个粲夸克的粒子,没有粲反夸克来平衡它们。物理学家将其称为 “开放的魅力”(在这种情况下,是 “双开放的魅力”)。含有一个魅力夸克和一个魅力反夸克的粒子具有 “隐藏的魅力”,让整个粒子的魅力量子数加起来为零,就像一个正电荷和一个负电荷一样。在这里,魅力量子数加起来是2,所以它有两倍的魅力!

  Tcc+ 的夸克含量,除了是开放的魅力之外,还有其他有趣的特征。它是第一个被发现的属于有两个重夸克和两个轻反夸克的四夸克类的粒子。这种粒子通过转化为一对介子而衰变,每个介子由一个重夸克和一个轻反夸克组成。根据一些理论预测,这种类型的四夸克的质量应该非常接近于两个介子的质量之和。这种质量上的接近使得衰变变得 “困难”,导致粒子的寿命更长,而事实上 Tcc+ 是迄今为止发现的寿命最长的异类强子。

  这一发现为寻找更重的同类型粒子铺平了道路,其中一个或两个粲夸克被底夸克取代。具有两个底夸克的粒子特别有趣:根据计算,其质量应该小于任何一对B介子的质量之和。这将使衰变不仅不太可能:该粒子将不能通过强相互作用进行衰变,而必须通过弱相互作用进行衰变,这将使其寿命比以前观察到的任何异类强子长几个数量级。

  新的 Tcc+ 四夸克是一个诱人的进一步研究目标。它衰变成的粒子都比较容易被探测到,再加上衰变中的少量可用能量,这导致了对其质量的极高精确度。这反过来又可以为现有的理论模型提供一个严格的测试,甚至有可能允许对以前无法达到的效果进行探测。

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