夸克模型
1964年，粒子物理学正处于一场革命之中。当时，物理学家已经发现了大量的新粒子，但如此多的粒子显然不符合许多物理学家对简洁的追求。因此，物理学家盖尔曼（Murray Gell-Mann）和茨威格（George Zweig）独立提出了一种新的可能性——所有的这些粒子实际上都是由基本粒子夸克组成的。
今天我们知道，夸克有6种味，分别被称为上（u）、下（d）、粲（c）、奇（s）、顶（t）和底（b）， 它们各自有与之对应的携带相反电荷的反粒子。
夸克与反夸克。（图/原理）
夸克通常以两个或三个的形式结合在一起形成强子，强子又包括由一个夸克和一个反夸克组成的介子，以及由三个夸克结合在一起的重子，比如构成原子核的质子和中子就都是重子。
在一些更罕见的情况下，夸克甚至能够以四个或五个的形式结合成奇异强子。最近，欧洲核子研究中心（CERN）的一个研究团队在《物理评论快报》上宣布了一项新的发现，他们首次观测到了双电荷四夸克及其电中性对应粒子。
“开粲”介子
CERN的大型强子对撞机（LHC）是世界上最强大的粒子对撞机。在LHC中，高能质子束之间的碰撞会产生一系列的粒子。十多年来，LHCb（LHC的主要实验之一）合作组一直致力于分析LHC产生的数据，其主要目标是发现存在哪些四夸克和五夸克，并了解它们的性质，尤其是揭示它们会衰变成什么其他粒子。2015年，他们发现了第一个五夸克，为后续的许多其他发现开辟了道路。
新论文所报道的结果，源自于LHC在第一轮和第二轮运行过程中所收集的数据，这些数据产生于2011年至2018年之间。LHCb合作组表示，他们进行了非常复杂的分析，这是他们进行过的难度最高的一次分析之一。
新发现的粒子之所以引人注目，是因为它们是罕见的“开粲”介子。开粲指的是包含粲夸克却不包含与之对应的反粲夸克的粒子。在对带正电的和中性B介子的衰变进行联合振幅分析后，双电荷四夸克与它的中性对应粒子一同被发现。两者分别以6.5（双电荷粒子）和8（中性粒子）个标准差的统计学意义被观测到，这代表着一对四夸克的首次发现。
双电荷四夸克是由一个粲夸克、一个反奇夸克以及一个上夸克和一个反下夸克构成的。（图/CERN）
这些四夸克的夸克构成和电荷，为测试强子形成规律提供了新的机会，这也使它们成为了测试理论模型的良好候选粒子。目前，有几种不同的模型可用于描述四夸克和五夸克，通过观测这些新发现的粒子并测量它们的性质，物理学家可以更好地确定哪些模型是正确的，同时也可以发现差异或不准确之处。
迄今为止，LHCb合作组已经发表了600多篇论文，报道了多个首次观测的粒子和物理现象。他们的大部分研究都证实了粒子物理学标准模型的稳健性和可靠性，与此同时也穿插了一些令人兴奋的新发现。在LHC所发现的70多个新的强子粒子中，大部分都要归功于LHCb。
而新研究表明，直至今日，一些意想不到的发现仍然有可能出现。随着我们对强子的存在及其性质的了解越来越多，我们对将夸克结合成强子的强相互作用也将产生新的认识。这种理解反过来又为寻找超越标准模型的物理学开辟了新的可能。
LHCb的近期工作目标或许会是通过研究新的四夸克的物理性质，为理论和实验研究提供进一步的信息。与此同时，去年4月，在为期三年的“休息”升级后，LHC重新启动，开始为第三轮运行和数据收集做准备。随着LHC的第三轮数据收集工作的开展，研究人员预计每年收集的数据将是以前的五倍。他们希望届时这些新的数据能带来更多有趣的发现。
#创作团队：
撰文：二宗主
排版：雯雯
#参考来源：
https://phys.org/news/2023-09-lhcb-collaboration-doubly-tetraquark-neutral.html
https://physics.aps.org/articles/v16/s42
#图片来源：
封面图&首图：LHCb experiment / Flickr, CC BY-SA
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