欧洲核子研究中心发现了一种非常迷人的粒子

夸克模型是物理学的一场智力革命。物理学家面对的是一个不断增长的不稳定粒子动物园，这些粒子似乎在我们周围的宇宙中没有作用。夸克通过(至少表面上)一套简单的规则解释了这一切，这些规则通过两个或三个夸克的组合建立了所有这些粒子。

虽然这个大体轮廓看起来很简单，但被称为胶子的粒子将夸克聚集在粒子中的规则是极其复杂的，我们并不总是知道它们的极限。粒子似乎停留在三个夸克的集合上有什么原因吗？

随着越来越强大的粒子对撞机的出现，我们发现了一些迹象，表明答案是否定的。关于四夸克甚至五夸克粒子的报道已经出现在不同的实验中。但关于这些粒子中相互作用的性质仍然存在疑问。现在，欧洲核子研究中心(CERN)宣布增加一个新的四夸克家族，收集两个魅力夸克和两个反魅力夸克。

我们最熟悉的基于夸克的粒子，质子和中子，是由三个最轻的夸克通过胶子紧密结合在一起的。我们还发现了这些熟悉粒子的更重的版本，其中一个向上或向下的夸克被一个更重的夸克所取代，比如奇怪的夸克或底部夸克。此外，还有一大批不稳定的粒子，统称为介子，涉及两个不同质量的夸克，也是由胶子结合在一起的。

那么，当你试图塞进更多夸克时会发生什么呢？我们不能完全肯定。目前正在考虑两种可能性。在一种情况下，新的高夸克数粒子的制作方式与常见的粒子相同：胶子将它们紧密地结合在一起，形成单个粒子。然而，另一种选择是，大量夸克的产生是因为两个更熟悉的粒子紧密地联系在一起。因此，一个四夸克可能仅仅是一对两夸克粒子的紧密缔合。一个五夸克是由一个两夸克介子与一个三夸克粒子结合而成的。

不幸的是，我们发现很难区分这两种选择。这些高夸克数的粒子往往会以极快的速度衰变成熟悉的粒子，而我们通常只能追踪到后一种粒子的衰变。这使得我们很难确定到底是怎么回事。所以，我们看待这些事情的方式越多越好。这给我们带来了欧洲核子研究中心(CERN)的最新结果，一组科学家分析了大型强子对撞机最初几次运行的数据。

数据来自LHCb实验，这是一种专门研究含有非常重的底部(或美丽的)夸克的粒子的探测器。但它更一般地能够拾取较重的夸克。而且这种新粒子有很多更重的夸克。

到目前为止，我们发现的所有高夸克粒子大多是较轻的顶夸克和底夸克的混合物，还有几个较重的同行加入其中。但欧洲核子研究中心的研究小组感兴趣的是寻找所有夸克要么是魅力夸克，要么是反魅力夸克的组合。魅力夸克来自中间一代夸克；魅力和奇异比向上或向下重，但比向上或向下轻得多。

我们怎么才能找到这样的东西呢？方便的是，一个四魅力粒子应该会通过一对双魅力粒子的中间态进行衰变。这就是我们熟知的J/ψ粒子。(两个小组几乎是在同一时间发现这种粒子的，在一个罕见的妥协时刻，他们两人给它起的名字都被保留了下来。)。既然我们知道J/ψ粒子是如何衰变的，我们就可以简单地寻找从单个质子-质子碰撞中产生的衰变对。

反过来，J/ψ粒子的衰变可以通过起源于单一位置的µ子-反µ子对的出现来识别。(µ子可以被认为是电子更重、更不稳定的表亲。)。因为应该有两个J/ψ粒子，所以我们需要寻找碰撞后的两对µ子轨迹。

因此，研究人员扫描了一系列能量，以寻找过量的这些事件。他们发现，对于一个四魅力粒子来说，在合适的能量范围内存在一个，即与预期的背景噪声相差五个标准差。这意味着它符合粒子物理学的发现标准。

这种目前尚未命名的新粒子是第一个完全由一种夸克组成的超过三个夸克的粒子，也是第一个完全由更重的夸克组成的粒子。而且，考虑到这种特殊的夸克被称为魅力夸克，它的存在为双关语打开了巨大的可能性--这甚至没有涉及到这样一个事实，即包含这些夸克的整个粒子家族的专业术语是charmonium。

但是一个大问题还没有得到回答：这种新粒子的性质是什么？我们不知道它是两个紧密结合的J/ψ粒子，还是由四个魅力夸克组成的单个粒子。答案相当重要，因为它将提供有关支配所有夸克-胶子相互作用的强力的信息。

尽管如此，我们对这些粒子研究得越多，我们就越有可能确定制造它们所需的细节。因此，虽然如果这个粒子立即预示着一个悬而未决的问题的解决方案会很好，但它的发现很可能代表着朝着解决方案的进展。