一种奇异的粒子如此神秘以至于被怀疑是不可能的,终于被物理学家识别出来了——而且不是一次,而是两次。
关于一种难以捉摸的物质形式的两个新的理论预测四夸克提供了迄今为止最确凿的证据,证明这些奇怪的粒子确实存在,为即将到来的亚原子理解新时代奠定了基础。
“我们认为这并不完全是学术性的,”参与研究的一位研究人员、费米国家加速器实验室的理论物理学家克里斯·奎格(Chris Quigg)告诉我们。吉兹莫多。
“它的发现很可能会发生。”
如果你的高中化学和物理有点生疏,低于原子水平,你就有了包括质子和中子,它们由称为复合粒子的复合粒子组成强子,它们又由称为夸克。
夸克的概念最早被提出早在 20 世纪 60 年代,从那时起,物理学家一直在研究这些神秘的粒子(它们没有我们所知道的任何更小的子结构)如何排列自己以帮助构成我们可以触摸和感觉到的物质的组成部分。
现在,两个不同的科学家小组认为他们已经获得了一种新的此类排列的坚实理论证据,称为“四夸克– 由四个夸克粒子组成的稳定构型。
这并不是研究人员第一次把注意力集中在他们认为的四夸克的证据上——本世纪,许多人四夸克候选者尽管这些发现大多是理论上的,科学家们还没有通过观察证实这一点。
去年,费米实验室团队宣布与四夸克一致的粒子的发现——以及研究人员大型强子对撞机之美(LHCb)实验通过寻找可能存在的粒子而取得进展一个全新的四夸克家族。
但同样,确认并不容易,因为该研究领域仍然非常奇特。
“就四夸克而言,人们总是可以提出替代的解释,”奎格说物理世界。
夸克本身进来了六种类型,称为味道,它们是:上、下、奇怪、魅力、顶部和底部,由电荷、质量和自旋等属性决定。
除了四夸克(以及类似假设的五夸克)之外,传统理论认为两个或三个夸克可以结合起来形成一个复合粒子——夸克-反夸克对或三个夸克在一起——但不能更多。
但在新的研究中,奎格和费米物理学家埃斯蒂亚·艾希滕(Estia Eichten)以及来自以色列特拉维夫大学和芝加哥大学的独立团队表明,毕竟有可能存在稳定的四夸克粒子。
通过不同的理论解释,两个团队都预测四夸克可以由两个底夸克以及一个反上夸克和一个反下夸克组装而成——反夸克就像常规夸克的双胞胎,但具有相反的电极性。
虽然使用的方法不同,研究人员之一,特拉维夫大学的 Marek Karliner,指出两个团队的结论“在质量上基本相同”。
物理学界的一些人是解释这种一致性这是一个积极的信号,因为这可能意味着我们这次终于真正识别出了四夸克——这是一个令人惊奇的结果,因为,正如卡林纳所说生活科学,“多年来人们一直怀疑[四夸克]是不可能的”。
但事情还没有结束。既然我们已经获得了四夸克存在的最坚实的理论证据,那么仍然需要通过观测来证明它——无论是在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机,还是在另一个实验粒子加速器中。
目前尚不清楚这个实验证据何时会出现,但就奎格而言,他似乎充满信心。
“我们正在谈论的事情太奇怪了,不可能是别的东西,”他告诉我们吉兹莫多。
“这只是努力寻找的问题。”