專訪：「新秀」雙粲重子揭秘構成世界的基本力——訪LHCb中國組負責人

新華社北京７月７日電專訪：「新秀」雙粲重子揭秘構成世界的基本力——訪ＬＨＣｂ中國組負責人

新華社記者彭茜

繼２０１２年發現「上帝粒子」希格斯玻色子後，歐洲核子研究中心６日宣布其大型強子對撞機又撞出了新粒子。這一名為雙粲重子的新粒子，將有助於我們理解構成這個世界的最基本的力。

最新發現是由大型強子對撞機上的底夸克探測器（ＬＨＣｂ）探測到的，中國研究團隊則在新發現中作出關鍵性貢獻。ＬＨＣｂ中國組負責人、清華大學工程物理系教授高原寧接受新華社記者專訪時說：「雖然這一次並非發現了新物理，但卻意味著我們又為夸克模型放上了一塊新拼圖。」

重子是構成自然界幾乎所有已知物質質量的基本粒子。比如，重子家庭中的質子和中子是組成原子核的重要部分。從更微觀的尺度剖析重子，就會發現重子是由３個夸克組成的。不過，此前發現的重子中，３個夸克的質量都差不多，或者其中１個夸克質量較重，夸克之間也基本是等距的。

高原寧介紹，新發現的「不同之處」在於：首次發現由兩重一輕的３個夸克構成的重子，其質量約為３６２１兆電子伏特，幾乎是質子質量的４倍。如果畫一幅關於雙粲重子的圖像，就會看到兩個重夸克位於中間，距離非常近，一個輕夸克圍著二者轉。

科學家們在理論上一直沒有完全弄清這些夸克間的相互作用力。而強相互作用是形成原子核等重要物質的最關鍵的力。分子、原子的質量，９０％以上都來源於強相互作用。

「如果強相互作用不是這樣，那形成的原子核就不一樣，我們的世界就完全不一樣了。」高原寧說。

而雙粲重子的發現就讓科學家們可以探索，強相互作用在這種新的夸克構成之下會有什麼新性質，非常有助於對強相互作用本質的了解。

雙粲重子的發現過程，可算是一次「按圖索驥」之旅。

早在１９７４年，華裔物理學家丁肇中和美國科學家里希特就發現了粲夸克，並因此摘得諾貝爾物理學獎。科學家們便按照夸克模型的理論，製作出了含有粲夸克的「元素周期表」，並推斷出雙粲重子在表中的位置和大概性質。

理論物理學家通過數據計算預測到，在大型強子對撞機上有產生雙粲重子的很大可能，並預計它們會有比較大的幾率衰變到幾個容易被檢測到的衰變道。

２０１０年起，ＬＨＣｂ中國組開始了尋找雙粲重子的嘗試。到２０１６年底，研究團隊和理論物理學家展開了深入探討，又一次確定了研究方向，隨後開始進行「盲分析」。來自清華大學、華中師範大學、中國科學院大學和武漢大學的十幾位研究人員和學生通力合作，在細緻研究後「打開窗戶」，發現了雙粲重子的「芳蹤」。

「從有跡象到最後做出來用了半年時間，在國際合作組中這樣的論文發表速度算是非常快的。」高原寧說。研究論文已提交至美國《物理評論快報》。

底夸克探測器國際合作組發言人、義大利國家核物理研究院科學家喬瓦尼·帕薩萊瓦教授評價說，該組的中國科學家對該粒子的發現作出了「關鍵性貢獻」。

高原寧說，此次發現雙粲重子就像「亮出了底牌」，大家對尋找更多類型雙粲重子的未來更加篤定，各國科研人員都會加速尋找。理論認為，至少存在３類雙粲重子，剩下兩個會更難發現，需要更多數據和更細緻的分析。

ＬＨＣｂ中國組下一目標是精確測量雙粲重子的壽命。雙粲重子本身非常「短命」，在「出生」之後會迅速衰變。此外，他們還要繼續探索雙粲重子是否還衰變到了其他的衰變道。

「雖然迄今的發現都沒有跑出目前的理論物理體系，但我們相信隨著數據積累得越來越多、越來越好，未來發現新物理的可能性也越來越大。」高原寧說。

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