巨大發現！「不可能存在」的四夸克態再次現身，「聖杯粒子」離我們還有多遠？

導語：科學家對於微觀世界的探索從未止步，夸克就是其中之一，到目前為止，人們對於它的認識仍然停留在二夸克態和三夸克態的概念，但是根據量子色動力學的原理，四夸克態的存在並非不可能。近日，這種概念太過奇異以至於被懷疑究竟是否存在的粒子，終於被物理學家們再次發現了——而且是兩次！

這種叫四態夸克的不定物質形態粒子確實存在，因為兩種新的理論預測為其提供了最堅實的依據。可以毫不誇張地說，這次新發現為即將到來的亞原子學新時代奠定了基礎。

「不過，我們認為這並不是一次完全意義的學術突破，」其中一項研究的成員之一、費米國家加速器實驗室的理論物理學家Chris Quigg告訴記者說。

「因為它的發現是有充分的理由發生。」

如果你的高中化學和物理知識已經有點忘記了，那就讓筆者在這裡幫你小小地複習一下吧。原子中有包括質子和中子在內的亞原子粒子，這些亞原子粒子是由包含強子的複合粒子組成的，而強子又是由夸克組成的。

夸克的概念最早是在20世紀60年代提出的，自那時以來，物理學家一直在研究這些神秘的粒子（它們是最小的粒子結構）是如何自然而然地排列，以構成我們可以觸摸的宏觀物體的。

現在，對於這種被稱為四夸克態——由四個夸克粒子組成的穩定排列狀態，兩個獨立的研究團隊都認為他們已經找到了一個有關這種狀態如何存在的堅實理論證據。

這已經不是第一次有研究人員認為他們發現了四夸克態的真實形態了——自本世紀以來，已經有很多學者提出了候選四夸克理論，但這些發現主要是理論上的，並沒有實際的觀察證明。

就在去年，費米實驗室的團隊宣布他們發現了一個符合四夸克態的粒子——從事大型強子對撞機（LHCb）實驗項目研究的團隊取得了進展，發現了可能屬於一個全新的四夸克族系的粒子。

但是之後他們的二次確認實驗卻進展不順，這主要是因為這一研究領域對科學家來言仍然非常陌生與神秘。

Quigg說：「對於四夸克態這一懸而未決的概念，人們總是可以提出各種猜想解釋。」

夸克本身有六種類型：上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、頂夸克以及底夸克。夸克具體屬於哪一種是由其電荷，質量，自旋性質等屬性決定的。

在四夸克態（以及類似的五夸克態假說）之外，此前學界在理論上通常認為兩個或三個夸克就可能合起來形成一個複合粒子——即夸克-反夸克對形式或是三夸克組合的形式。

但是在這項新的研究中，Quigg和費米實驗室的物理學家Estia Eichten，以及另外一個來自以色列特拉維夫大學和芝加哥大學的聯合小組都證明了：穩定四夸克態粒子確實可能存在！

通過不同的理論解釋，雙方都預測四夸克可以由兩個底夸克、一個反頂夸克以及一個反底夸克組合而成——反夸克就像常夸克的鏡像，只是具有相反的電極性而已。

雖然所採用的方法不同，但特拉維夫大學的一位研究人員Marek Karliner指出，兩個團隊的結論「定性地來說基本相同」。

物理學界的一些人認為這次的發現是一個積極的跡象，因為這可能意味著我們這次最終確認了四夸克態真實存在。這可以說是一個驚人的結果，因為正如Karliner所說的那樣，很多人「多年來一直懷疑四夸克態是否真實存在。」

不僅如此，現在我們不僅已經得到了確認四夸克存在的最堅實的理論證據，還能找到觀察實證——無論是在大型強子對撞機上，還是在另一個團隊所用的實驗粒子加速器上，都能完成相關的觀測。

觀察實驗何時能夠進行還尚未確定，但Quigg對於他負責的實驗部分似乎胸有成竹。

他對採訪記者說：「我們談論的領域目前還是未知而空白的，因此還不能用以往的常理概括之。」

「這只是一個亟待解決的問題。」

該研究已發表在《物理評論快報》上。

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翻譯：褚茗帆

編輯：Soybean

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