一种由五个夸克组成的奇异粒子在实验似乎排除了其存在十年后被发现。
短寿命的“五夸克”是由研究人员在分析欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）的LHCb实验中不稳定粒子的衰变数据时发现的。欧洲核子研究中心是位于日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室。LHCb发言人盖伊·威尔金森表示，这一发现开启了物理学家理解将原子核结合在一起的强核力的新时代。
“五夸克不仅仅是任何新粒子——它代表了一种聚集夸克的方式，即普通质子和中子的基本组成部分，以一种以前从未观察到的模式，”他说。“研究它的性质可能使我们更好地理解普通物质，即构成我们所有人的质子和中子是如何构成的。”
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质子和中子由三种夸克结合而成，但理论家计算出，原则上，粒子可以由多达五个夸克组成。这样的粒子将是量子色动力学（QCD）——描述将夸克结合在一起的力的理论——的丰富试验场。
2002年，日本播磨的SPring-8同步加速器研究人员宣布他们发现了五夸克，大约是质子的1.5倍重，他们从高能光子和中子碰撞的碎片中推断出它的存在，这引起了轰动。在一年之内，十多个其他实验室报告通过重新分析数据发现了该粒子的证据。
但许多其他人没有看到这种状态的证据，并且在2005年，该发现被宣布为海市蜃楼。最后的稻草来自弗吉尼亚州纽波特纽斯的托马斯·杰斐逊国家加速器设施的一项实验，该实验使用更多数据重复了SPring-8的测量，并排除了五夸克的存在。
“奇怪的事件”
此后，该事件一直被认为是科学家如何被数据欺骗，从而看到比实际存在更多的东西的一个例子。2008年，年度《粒子物理学评论》——该学科的官方记录——将五夸克描述为“科学史上一个奇怪的事件”，其最近的列表不包括该粒子的专门条目。
研究人员表示，这些列表将不得不进行更正，因为LHCb的结果几乎毫无疑问地表明五夸克是真实存在的。物理学家看到了一个信号，显示在分析2009年至2012年间记录的数据后，在数万亿个被称为“Λb”重子的亚原子粒子的衰变过程中，意外出现了两个寿命短暂的物体，重量分别为4.38和4.45吉电子伏特（比质子重4.67和4.74倍）。
在测量了新物体的特性并穷尽了其他已知粒子作为候选者之后，该团队得出结论，它们对应于两种不同构型的五夸克。该粒子包含两个“上”夸克、一个“下”夸克和一个“粲”夸克-反夸克对，使其成为“粲偶素”五夸克。一篇关于该粒子的预印本已发布在arXiv服务器上，并已提交给《物理评论快报》发表。
五夸克的困扰
LHCb在纽约锡拉丘兹大学的谢尔顿·斯通说，这个结果最初在2012年引起了LHCb物理学家的注意，当时它只是他们数据中的一个峰值，这完全是一个惊喜。“在过去，我们通过寻找峰值来寻找新粒子，但在这种情况下，是峰值找到了我们！”他说。“我们当时正在研究其他东西，所以起初我们忽略了它。由于历史原因，我们对‘五夸克’这个词感到非常困扰，所以我们做了所有可以想象的检查，”他说。
研究人员对他们的发现非常有信心：他们说，如果不存在新粒子，信号出现的可能性极小。统计门槛——被称为9-σ——远高于粒子物理学中发现所需的通常的5-σ，例如2012年希格斯玻色子的宣布。
英国牛津大学的理论家弗兰克·克洛斯说，这个结果可能很有趣，因为它可能揭示更多关于QCD的信息。“如果我立即感到担忧，那就是他们声称有两种状态：这是因为他们发现了一个有利于五夸克产生的过程，还是因为他们没有真正找到数据的最佳解释？”他说。
然而，新的五夸克不是2002年看到的那个被称为θ+的五夸克：它几乎重三倍，并且包含不同种类的夸克。
“我认为我们的结果将激发对包括被驳斥的θ+在内的许多不同五夸克态的搜索，”斯通说。“与θ+和其他态的一个重要区别是，我们的五夸克存在粲-反粲夸克，这可能会导致更强的结合。因此，具有这些成分的五夸克可能存在，而具有较轻成分的五夸克可能不存在。”
本文经许可转载，并于2015年7月14日首次发表。