来自伊利诺伊州费米国家加速器实验室（费米实验室）Tevatron 对撞机的数据显示，一种前所未见的包含四种类型夸克的粒子的证据已经出现。这种新粒子，一种“四夸克”，由底夸克、奇异夸克、上夸克和下夸克组成。这项发现可能有助于阐明支配夸克的复杂规则——夸克是构成宇宙中所有原子内部质子和中子的微小基本粒子。
质子和中子各包含三个夸克，这是迄今为止最稳定的组合。被称为介子的夸克对也很常见，但更大的夸克聚集体非常罕见。瑞士大型强子对撞机 (LHC) 的科学家去年看到了五夸克的首次迹象——五夸克的组合——这早已被预测到，但从未被观察到。第一个四夸克于 2003 年在日本的 Belle 实验中被发现，此后物理学家们遇到了六种不同的排列方式。但新的四夸克，如果得到证实，将是特殊的。“在这种情况下，独特之处在于我们基本上有四个夸克，它们都是不同的——底、上、奇异和下，”DZero 实验的共同发言人德米特里·丹尼索夫说。“在所有先前的配置中，通常有两个夸克是相同的。这是否告诉我们一些信息？我希望是的。”
这种不寻常的排列，在提交给物理评论快报的一篇论文中被称为 X(5568)，可能反映了关于不同类型或“味”的夸克如何结合在一起的更深层规则——这个过程由自然界中最强大的力，即所谓的强力所促成。物理学家有一个理论——称为量子色动力学——描述了强力如何工作，但它非常笨拙且难以进行预测。“虽然我们了解强力的许多特征，但我们并不了解所有内容，尤其是强力如何在远距离上起作用，”丹尼索夫说。“在基本层面上，我们仍然没有一个很好的模型来描述当相当多的夸克结合在一起时它们如何相互作用。”
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一个悬而未决的问题是：有多少夸克可以粘在一起形成一个粒子？到目前为止，科学家还没有看到超过五个的组合，但理论上没有限制。物理学家也希望发现比已经看到的少数四夸克和五夸克不同的配置。“事实证明，找到四夸克很困难，但很可能还有更多有待发现，”费米实验室物理学家唐·林肯说，他是 DZero 团队的成员。
Tevatron 对撞机于 2011 年关闭，但 DZero 团队在其 28 年运行期间实现的数百亿次粒子碰撞的存档数据中发现了新四夸克的迹象。LHC 的 LHCb（“b”代表 beauty，即美）项目等其他实验现在正在查看他们自己的数据，以查看他们是否也有该粒子的证据。“如果它是真实的，那将非常有趣，”雪城大学的 LHCb 物理学家谢尔顿·斯通说。“LHCb 合作者之间的讨论提出了一些关于 DZero 结果的担忧，LHCb 可以迅速检查这些担忧。在检查完成并且 DZero 结果得到确认之前，我们不确定他们究竟看到了什么。”
无论如何，科学家们预计当前的粒子加速器——尤其是去年以比以往更高的能量水平重启的 LHC——将在未来几年发现更多新的粒子配置，这将使夸克物理学和阐明强力的复杂机制成为激动人心的时刻。“我会将它比作拼图游戏——它还没有完成，但我们已经为已知的东西添加了一块，”丹尼索夫说。“希望最终会有一个理论来解释这些观察结果，从而更好地理解这些夸克以及它们之间作用的力。”