奇异性很难研究,尤其是在原子尺度上。但是现在,来自 15 个不同机构的 50 名研究人员的合作小组宣布了可能使科学家在不久的将来更容易探索奇异物质的结果。该团队利用布鲁克海文国家实验室的交变梯度同步加速器 (AGS),成功地产生了包含一个质子、一个中子和两个 lambda 粒子的结构,每个粒子都由一个上夸克、一个下夸克和一个奇异夸克组成。这种结构因其具有两个奇异夸克而被描述为双奇异的,其完整描述将刊登在即将出版的《物理评论快报》杂志上。
制造双奇异核涉及多个步骤:AGS 产生世界上最强烈的质子束,物理学家将其聚焦在钨靶上。从该碰撞中产生的粒子中,他们分离出一束带负电的介子,并将其射向铍。当含有奇异夸克和一个上反夸克的介子与靶的质子相互作用时,新的奇异夸克和奇异反夸克出现。这些粒子反过来又重新组合成各种粒子,包括偶尔出现的双奇异核。
“这是第一个产生大量这些双奇异核的实验,”布鲁克海文物理学家、该合作小组的共同发言人亚当·鲁塞克说。在 1 亿个潜在的有趣产物中,科学家将明确的双奇异核的数量减少到大约 30 或 40 个。他们没有直接观察到这些核,而是发现了 lambda 粒子衰变时发射的亚原子粒子——π介子的标志性模式。“[30 或 40 个]足够开始使用统计技术进行研究,”鲁塞克补充说。此前四次尝试制造双奇异核的实验最多一次只产生一个。
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科学家们希望创造更多的双奇异核。“我们可以使用这个核作为实验室,将两个 lambda 粒子保持在一起足够长的时间来进行研究,”布鲁克海文的西德尼·卡哈纳补充道。特别是,他们希望 lambda 粒子之间的相互作用能够揭示中子星的秘密,中子星是唯一被认为以稳定形式存在奇异物质的地方。