物理学家们复活了一种可能存在于大爆炸后最初炙热时刻的粒子。它被神秘地称为 Zc(3900)，是第一个被确认由四个夸克组成的粒子，而夸克是宇宙中大部分物质的组成部分。
到目前为止，观察到的由夸克组成的粒子只包含三个夸克（例如质子和中子）或两个夸克（例如在宇宙射线中发现的π介子和K介子）。尽管没有物理定律禁止更大的聚集，但找到四重奏扩大了夸克可以组合在一起形成奇异物质的方式。
“这个粒子的出现令人惊讶，”北京高能物理研究所的粒子物理学家刘志青说，他是贝尔合作组织成员，该合作组织是本周在《物理评论快报》上发表论文的两个声称发现该粒子的团队之一。
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贝尔探测器位于日本筑波市的高能加速器研究机构（KEK），它监测高强度电子束及其反物质对应物正电子之间的碰撞。这些碰撞的能量是世界最强大的加速器，即位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）的千分之一，但它们仍然足够强大，可以模拟早期宇宙的条件。KEK 的碰撞率是 LHC 的两倍以上，它们偶尔会产生今天自然界中找不到的稀有粒子——瞬间存在然后分解的短暂生物。
一些亚原子碎片与人们期望的包含四个夸克结合在一起的粒子分解后产生的碎片相符：两个特别重的“粲”夸克和两个较轻的夸克，它们赋予该粒子电荷。贝尔团队掌握了 159 个这样的 Zc(3900) 粒子，报告称，其结果是统计学上的偶然事件的几率小于 1/350 万。“他们有明确的证据表明存在一个含有四个夸克的粒子，”罗马萨皮恩扎大学的粒子物理学家里卡多·法奇尼说。
图片来源：《自然》杂志
北京正负电子对撞机上的北京谱仪 III（BESIII）的第二个实验也证实了这个新粒子的存在。BESIII 从 10 万亿次电子-正电子碰撞中筛选出 307 个 Zc(3900) 粒子。
“这为贝尔看到的所有其他粒子提供了可信度，”夏威夷大学马诺阿分校的粒子物理学家、BESIII 的发言人弗雷德·哈里斯说。2008 年，贝尔发现了另一个四夸克候选者，2011 年，它看到了另外两个粒子，它们可能由四个“底”夸克组成——但没有其他粒子对撞机证实了这些发现。
没有人质疑最新粒子中的夸克数量。更具争议的是它们的排列方式，这可能会对量子色动力学产生影响，量子色动力学是描述连接夸克的强力的理论。理论家主要分为两个阵营。
一方认为该粒子实际上是两个普通粒子（称为介子）的结合体，介子包含一个夸克和一个反夸克。Zc(3900) 粒子可能由两个介子组成，它们通过松散的连接结合在一起，形成类似分子的结构（见“夸克汤”）。
其他理论家暂时将新粒子标记为真正的四夸克——四个夸克紧密地结合在一起形成一个紧凑的球。在球内，两个夸克结合在一起，两个反夸克也结合在一起。这种配对在任何已知的粒子中都不会发生，因此将引入新的物质组成部分，并有可能指导旨在计算夸克可以形成的所有结构的计算机模拟。
四夸克理论的支持者指出，由介子组成的“分子”应该很容易分裂成两半，并且这种分解没有出现在数据中。“没有看到分子的特征，这有利于四夸克的观点，”德国汉堡的德国高能物理实验室 DESY 的粒子物理学家艾哈迈德·阿里说。但实验的误差幅度仍然太大，无法排除分子介子分解的可能性。测试这两种理论的另一种方法是寻找每种理论都预测应该存在的其他粒子。
为了结束这场辩论，BESIII 的研究人员正在继续挖掘自 12 月和 1 月第一次实验运行以来收集的数据。根据他们的发现，Zc(3900) 的揭秘可能要等到计划于 2015 年上线的新型更强大的贝尔探测器。