「奇異粒子」揭開夸克理論謎團

宇宙中所有的物體（包括我們自身）都是由基本粒子——夸克和輕子組成的。像質子、原子等更大的粒子都是由這些基本粒子結合而成的。

在粒子物理學的標準模型中，夸克有六種類型——上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。這些夸克還有它們的「反物質」同伴——反夸克，每個粒子都有一個與自身相同，卻帶著相反電荷的反物質版本。夸克與反夸克會束縛在一起形成強子。

上個世紀六十年代，美國物理學家蓋爾曼（Murray Gell-Mann）提出了夸克模型。

根據蓋爾曼的模型，強子有兩大類。一類是由三個夸克組成的重子（包括構成原子核的質子和中子），另一類是由一個夸克和一個反夸克組成的介子。

夸克組成的重子和介子

除了以上兩類，在蓋爾曼1964年夸克模型的論文中，還提到了存在奇異強子的可能性。這些奇異強子可能是由兩個夸克和兩個反夸克組成的四夸克態，或者由四個夸克和一個反夸克組成的五夸克態。

5夸克態粒子

2014年，LHCb實驗公布了一項結果：被簡潔地命名為Z(4430)?的粒子是一種四夸克態粒子。

2015年，LHCb實驗又宣布，他們第一次發現了兩種五夸克態粒子：Pc(4450)?和Pc(4380)?，從而為強子家族增添了一類全新的粒子。

最近，LHCb剛公布的研究結果表明，他們又發現了一種新的五夸克態粒子，被稱為Pc(4312)?，其結果具有7.3標準偏差的統計顯著性（在粒子物理學，5個標準偏差就可以宣稱是發現了）。

左邊深藍色的峰表示此次發現的五夸克態粒子Pc(4312)?；右邊的兩個峰表示兩種質量接近的五夸克態粒子Pc(4440)?和Pc(4457)?。

這種結構複雜的粒子實際上是由兩個獨立的五夸克態粒子Pc(4440)?和Pc(4457)?組成的，它們的質量非常相近，初看起來就像是一個粒子。

LHCb這次發現的第三種五夸克態的質量略小於前兩種粒子。這三種五夸克態都是由一個下夸克、兩個上夸克、一個粲夸克和一個反粲夸克組成的。

這次研究讓物理學家得以看到比以前更精細的夸克結構。

深度思考

夸克是20世紀60年代物理學家為解釋質子、中子（重子）內部結構而提出的假設。美國物理學家默里·蓋爾曼和G.茨威格各自獨立提出了中子、質子這一類強子是由更基本的單元--夸克(quark)組成。

根據強子相互作用粒子的實驗數據，物理學家建立了夸克理論。

最初解釋強子相互作用粒子的理論需要三種夸克，叫做夸克的三種味，它們分別是上夸克、下夸克和奇異夸克。1974年發現了J/ψ粒子，要求引入第四種夸克:粲夸克(魅夸克)。1977年發現了Υ粒子，要求引入第五種夸克:底夸克。1994年發現第六種夸克:頂夸克。 夸克理論認為，所有的重子都是由三個夸克組成的，反重子則是由三個相應的反夸克組成的。比如質子，中子。

隨著實驗的進展，新粒子和新數據不斷被發現，夸克理論也不斷在完善。物理學家通過夸克理論揭示了質子、中子的內部結構和物理規律。

五夸克態的實驗現象

高能量的γ射線和中子進行交互作用，進而反應成一個介子和一個五夸克，在隨後的10-20秒內五夸克就衰變成一個中子和介子。

五夸克態的內部結構到底是什麼樣的？

物理學家推測：一種情況是，5個夸克緊密地被束縛在一個強子中；另一種可能性是，五夸克態實際上是由一個重子和一個介子粘在一起形成鬆散結合的分子，類似於原子核內質子和中子結合的方式。

紐約雪城大學的物理學教授Tomasz Skwarnicki也參與了此次測量，他說，新的五夸克態最有可能的情況是，這些五夸克態是一種重子-介子分子。

五夸克態的物理意義

1、五夸克態可以幫助物理學家更好的了解重子的內部結構，完善夸克理論。

2、五夸克態豐富了物質存在的形式和夸克的組合方式，為創造奇異物質、開發新材料的奠定基礎。

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