物理学家在本周于威尼斯举行的一次会议上宣布，他们在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心使用大型强子对撞机 beauty (LHCb) 实验发现了一种新型重粒子。
这种粒子被称为 Xi-cc++（发音为“克西-CC 加加”），由三个更小的基本粒子——夸克组成，具体来说，是一个较轻的“上”夸克（类似于质子和中子中的夸克）以及两个“粲”夸克，后者是一种更重、更奇异的变体。（“上”和“粲”的 designation 是物理学家根据粒子的不同质量和电荷分配给夸克的六种“味”中的两种。）粒子物理学的标准模型预测了 Xi-cc++ 和许多其他可能的粒子，它们具有六种已知味的夸克的各种配置。但直到现在，这种“双粲”粒子才得到确凿的探测。对新粒子——以及双粲粒子家族的其他成员——的进一步研究可能会加强标准模型，或在粒子物理学中开辟新的视野。无论如何，新粒子可能成为解锁对基本“强”力的更深入理解的工具，这种力将夸克结合在一起形成质子和中子，而质子和中子又形成原子——以及行星、恒星、星系和人类。
任何由夸克组成的粒子都称为强子。世界上最大的、功能最强大的粒子加速器——欧洲核子研究中心的大型强子对撞机 (LHC) 将这些粒子碰撞在一起，以寻找新的粒子和相互作用。强子分为两个大的家族：介子，具有一个夸克和一个反夸克的奇异粒子；以及重子，由三个夸克组成的粒子。新的 Xi-cc++ 粒子是一种重子。但由于其双粲特性，它几乎比更熟悉的重子（如质子和中子）重四倍，后者完全由轻夸克而不是重夸克组成。“发现双重重夸克重子非常有趣，因为它将提供一个独特的工具来进一步探测量子色动力学 [QCD]——描述强[力]的理论，四种基本力之一，”LHCb 发言人乔瓦尼·帕萨莱瓦在一份声明中说。“因此，这些粒子将帮助我们提高理论的预测能力。”
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质子和中子内轻如羽毛的夸克三重态都以接近光速的速度均匀地相互环绕，这使得它们非常难以研究。在 Xi-cc++ 粒子中，唯一的轻夸克以高速绕较重、移动较慢的重夸克对旋转，从而创造出一种更容易让物理学家研究的情况。牛津大学物理学家、前 LHCb 发言人盖伊·威尔金森说，这种情况大致类似于行星系统，其中轻夸克类似于围绕一对巨大的恒星运行的行星。
来源：阿曼达·蒙塔内斯
在格拉斯哥大学物理学家帕特里克·斯普拉德林领导下，LHCb 团队在去年实验收集的数据中发现了 300 多个新粒子的证据，从 LHC 中高能质子碰撞产生的大量更常见粒子中梳理出它们的信号。具体来说，他们寻找“子”粒子的明显分布，包括其他重子以及 kaons 和 pions——由短寿命 Xi-cc++ 粒子的衰变产生的奇异粒子。他们观察到的分布不仅表明 LHC 的碰撞正在产生 Xi-cc++ 粒子，而且暗示其他研究人员之前关于双粲粒子产生的说法可能是 虚假的。
2002 年，使用伊利诺伊州费米实验室加速器的 SELEX 实验的研究人员宣布他们发现了一种类似的粒子。然而，该探测结果仅略低于无可辩驳的统计显着性阈值，并且假定粒子的估计质量与预测严重不符。在其他设施未能证实结果后，许多理论家开始质疑 该说法。相比之下，LHCb 新发现粒子的信号“在统计上是压倒性的，并且与理论预期非常吻合，”威尔金森说。“它看起来、闻起来和尝起来都像双粲重子应该有的样子。”LHCb 团队的研究结果已提交给《物理评论快报》。
随着新重粒子的探测牢牢掌握在手中，LHC 的物理学家现在正在生产更多这些粒子，以精确测量它们的寿命，并准确了解它们在碰撞中产生的频率。威尔金森说，接下来，LHCb 实验将寻找双粲家族的其他假定成员，例如 Xi-cc+ 和 Omega-cc 粒子。“所有这些结果都可以与预测进行比较，以测试 QCD，”他说。“未来令人兴奋！”