一种神秘粒子，被认为在宇宙诞生后短暂存在过现已在“元汤”中首次检测到。
具体来说，在一种称为夸克-胶子等离子体的介质中，该介质是在大型强子对撞机中通过碰撞铅离子而产生的。 在那里，在这些碰撞产生的数万亿粒子中，物理学家成功地找出了 100 个被称为 X 粒子的奇异微粒。
“这只是故事的开始”物理学家李彦杰说麻省理工学院的成员，也是国际内容管理系统协作总部位于瑞士欧洲核子研究中心。
“我们已经证明我们可以找到信号。在接下来的几年里，我们希望使用夸克-胶子等离子体来探测X粒子的内部结构，这可能会改变我们对宇宙应该产生哪种材料的看法。”
就在大爆炸之后不久，早期的宇宙并不是由我们今天看到的漂浮的相同物质组成的。 相反，在百万分之几秒内，它充满了过热至数万亿度的等离子体，由称为夸克和胶子的基本粒子组成。 这就是夸克-胶子等离子体。
在比眨眼更短的时间内，等离子体冷却，粒子聚集在一起形成质子和中子，构成今天的正常物质。 但在那段非常短暂的时间里，夸克-胶子等离子体中的粒子发生碰撞、粘在一起，然后以不同的结构再次分开。
其中一种结构是一种非常神秘的粒子，我们甚至不知道它是如何组合在一起的。 这就是 X 粒子，它只在粒子对撞机中非常罕见且短暂地出现过？ 时间太短，无法探究。
然而，从理论上讲，X 粒子可能出现在物理学家在粒子加速器中产生的夸克-胶子等离子体的非常小的闪光中几年来。 这可能提供更好的机会来了解它们。
在大型强子对撞机 2018 年运行期间，带正电的铅原子 (铅离子）以高速撞在一起。 大约 130 亿次碰撞中的每一次都会产生数以万计的粒子簇射。 这是一个令人畏惧的海量数据进行筛选。
“从理论上讲，等离子体中存在如此多的夸克和胶子，X粒子的产生应该会增强，”李说。 “但人们认为寻找它们太困难了，因为夸克汤中还产生了很多其他粒子。”
尽管X粒子的寿命非常短，但当它们衰变时，它们会产生大量低质量粒子。 为了简化数据分析过程，该团队开发了一种算法来识别 X 粒子衰变的模式特征。 然后他们将 2018 年 LHC 数据输入到他们的软件中。
该算法识别出特定质量的信号，表明数据中存在大约 100 X 个粒子。 这是一个极好的开始。
“我们能够从这个巨大的数据集中挑出这 100 个粒子，这几乎是不可想象的，”李说。
目前，数据还不足以进一步了解 X 粒子的结构，但这一发现可以让我们更加接近。 现在我们知道如何找到 X 粒子的签名，在未来的数据集中梳理它应该容易得多。 反过来，我们拥有的可用数据越多，就越容易理解它们。
质子和中子均由三个夸克组成。 物理学家认为X粒子可能由四个？ 要么是一种奇异的、紧密结合的粒子，称为四夸克，或者是一种由两个介子组成的新型松散束缚粒子，每个介子包含两个夸克。 如果是前者，由于结合更紧密，它的衰变速度会比后者慢。
“目前我们的数据与这两种情况是一致的，因为我们还没有足够的统计数据。在接下来的几年中，我们将获取更多数据，以便我们可以区分这两种情况。”李说。
“这将拓宽我们对早期宇宙中大量产生的粒子种类的认识。”
该研究发表于物理评论快报。
