「聖杯」粒子：新物理學研究顯示四面體必須存在

夸克怪癖稱為Tetraquarks

宇宙中的一切都是由原子構成的 - 當然除了原子本身。它們由亞原子粒子組成，即質子，中子和電子。雖然電子被歸類為輕子，但質子和中子屬於一類被稱為夸克的粒子。儘管「已知」可能有點誤導性：理論物理學家對粒子的了解遠不止於任何確定性。

據我們所知，夸克是宇宙的基本粒子。你不能把夸克分解成任何更小的粒子。然而，將它們想像成一致的微乎其微並不十分準確：儘管它們很小，但它們的大小並不完全相同。有些夸克比其他夸克大，也可以連接在一起，形成介子（1夸克+1反夸克）或重子（3夸克各種不同的夸克）。

就可能的夸克風味而言，我們已經確定了六個：上，下，上，下，魅，奇。正如所提到的，他們通常配對在夸克反夸克對或夸克三人組 - 只要收費（?，?和?）加起來為正1。

所謂的四夸克配對有很久以前的科學家; 一個強子需要2個夸克 - 反夸克對，由強大的力量組合在一起。現在，他們僅僅配對，只與配偶互動是不夠的。要成為一個真正的四夸克，所有四個夸克都需要相互作用。如果你願意的話，你可以扮演量子浪蕩的角色。

「Quarky」Swingers

這似乎是一個非常簡單的概念：把四個夸克放在一起，他們必然會互動，對嗎？那麼，不一定。而這將假設他們會首先穩定地配對，這是不是一個給定的。正如特拉維夫大學的Marek Karliner向LiveScience解釋的那樣，兩個夸克與兩個隨意扔進公寓的隨機人員相比，在穩定的工會中更不可能與他們配對。當談到人和夸克時，靠近不能保證化學。

「最大的懸而未決的問題是這種組合是否穩定， 還是會立即分解成兩個夸克反夸克介子，」Karliner告訴未來主義。「多年的實驗搜索都是空手而歸，沒有人確切知道穩定的四夸克是否存在。」

直到最近，四夸克的大多數討論都涉及那些「特設」的四夸克; 四個夸克配對，但沒有互動。尋找真正的夸克集團多年來一直是理論物理學的「聖杯」 - 我們正在苦苦地接近。

回顧夸克不是我們實際可以看到的，可能不言而喻，預測這種布局或粒子的存在將難以置信地難以做到。

物理學的規律表明，四個夸克不可能組合成一個穩定的強子。但是兩位物理學家找到了一種簡化方法（儘可能簡化量子力學）尋找四夸克的方法。

幾年前，卡里納和他的研究夥伴，芝加哥大學的喬納森羅斯納開始著手建立這樣一個理論，即如果你想知道稀有強子的質量和結合能，你可以先將它們與常見強子已經知道測量。在他們的研究中，他們看著魅力夸克; 其測量結果是已知的（至少對量子物理學家而言）。

基於這些比較，他們提出雙電荷重子應該具有3,627MeV，+ 12MeV的質量。下一步就是說服歐洲核子研究中心（CERN）進行四夸克狩獵，把他們的數學作為一張地圖。

一張圖表顯示夸克通常適合我們對微小粒子的理解。信用：udaix / Shutterstock

粉碎原子

對於它所承擔的所有複雜工作，絕大多數是人眼無法察覺的，大型強子對撞機正是顧名思義：它是一個巨大的粒子加速器，它將原子擊碎在一起，揭示它們內部的夸克。如果你要證明存在一個非常微小的理論粒子，LHC就是你想要開始的地方 - 儘管無法知道你尋找的粒子出現之前會有多久。

它花了好幾年時間，但在2017年夏天，LHC發現了一個新的重子：一個具有單個夸克和兩個重夸克夸克 - Karlinr和Rosner希望的雙重重子夸克。重子的質量是3621MeV，給出1MeV，這與Karliner和Rosner預測的非常接近。在這次觀察之前，物理學家曾推測過 - 但從未檢測到 - 重子中有一個以上的重夸克。就捕獲四夸克而言，這是一個重要的證據：更堅固的底夸克可能就是重子形成穩定的四夸克所需要的。

研究粒子的永久挫敗是他們不會長期呆在這裡。特別是這些重子，比「眨眼睛，你會錯過它」的速度消失得更快; 準確地說，十億分之一秒。當然，在量子物理學的世界裡，這實際上是充足的時間來建立存在，這要歸功於LHC。

然而，LHC內部的巨大量子質量是在尋找四夸克時遇到重大挑戰的一個問題：較重的粒子不太可能出現，而這一切都發生在無窮小的水平上，就量子尺度而言有關，底夸克是巨獸。

那麼對Rosner和Karliner來說，下一個問題是試圖建立一個四夸克，而不是等待一個人出現，這樣做更有意義嗎？你需要把兩個底夸克放在一起，使它們連接起來，然後扔出一對較輕的反夸克 - 然後再一次又一次地成功地完成足夠的時間來滿足科學的方法。

「我們的論文使用最近發現的雙重重子重子的數據第一次指出穩定的四夸克必須存在，」Karliner告訴未來主義，並補充說，CERN的LHCb「很有可能」會成功在實驗中觀察現象。

當然，這仍然是一個理論上的主張，但是任何人都應該承擔這個責任，那麼LHC將會在這個過程中不斷地被粉碎 - 也許這個組合會自行產生。正如Karliner提醒LiveScience，多年來一直認為四夸克是不可能的。至少，他們與物理學標準模型存在著深刻的矛盾。但是這個假設當然受到挑戰。Karliner告訴未來主義，除了普通的重子和介子之外，四夸克還是一種真正的強相互作用的新形式。「

如果四夸克不是不可能的，或者甚至是特別不可能的，那麼得益於Karliner和Rosner的計算，至少現在我們對我們正在尋找的東西以及它可能出現的位置有了更好的理解。

正如他們所說，那裡有煙霧，而量子力學令人難以置信的境界可能更像煙霧和鏡子，理論物理學家們還沒有放棄。哪裡有兩個底夸克，可能有四夸克。

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