大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)捕獲到神秘粒子Z

發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的世界上功能最強(qiáng)大的對(duì)撞機(jī)——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）最近又捕獲到了科學(xué)家們追尋多年未果的神秘粒子Z（4430）。研究人員表示，最新發(fā)現(xiàn)或許是物質(zhì)形式“四夸克態(tài)”（tetraquark）存在的迄今最扎實(shí)的證據(jù)。

夸克這種亞原子粒子是物質(zhì)的基本組成部分。它們要么兩個(gè)一組，形成短命的玻色子；要么三個(gè)一群，形成組成原子核的質(zhì)子和中子。數(shù)十年來(lái)，研究人員一直懷疑，夸克也能四個(gè)一幫形成四夸克態(tài)，但相關(guān)的量子計(jì)算很復(fù)雜，目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，LHC的最新發(fā)現(xiàn)表明，我們朝這一目標(biāo)更近了一步。

參與研究的紐約雪城大學(xué)的托馬斯·斯克瓦爾尼茨基說(shuō)：“關(guān)于Z（4430），科學(xué)界最大的爭(zhēng)論在于其是否存在，最新研究證明它確實(shí)存在。”

新捕獲的Z（4430）是科學(xué)家們懷疑存在的四夸克態(tài)中的一個(gè)。2008年，由中國(guó)等13個(gè)國(guó)家參加的貝爾實(shí)驗(yàn)（Belle），利用日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)的大型加速器KEKB，首次報(bào)告了它的存在；但后來(lái)，美國(guó)斯坦福線性加速器中心（SLAC）的BaBar大型探測(cè)器卻沒(méi)有找到它，因此對(duì)其存在提出質(zhì)疑。據(jù)《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站4月11日?qǐng)?bào)道，這次，LHC的研究人員分析的數(shù)據(jù)比Belle或BaBar實(shí)驗(yàn)多10倍，發(fā)現(xiàn)了多達(dá)4000個(gè)這樣的粒子。

Z（4430）的存在已經(jīng)被證實(shí)，下一個(gè)挑戰(zhàn)是弄清楚其是否是四夸克態(tài)。以色列特拉維夫大學(xué)的理論物理學(xué)家馬雷克·卡林認(rèn)為，至少有一個(gè)原因讓科學(xué)家們充滿希望——其他被懷疑是四夸克態(tài)的物質(zhì)可能只是一些松散地結(jié)合在一起的玻色子對(duì)；而Z（4430）與眾不同，因?yàn)槠滟|(zhì)量似乎并不允許它這樣做；也沒(méi)有任何質(zhì)量合適的玻色子松散地結(jié)合在一起。斯克瓦爾尼茨基說(shuō)：“這確實(shí)使Z（4430）更像一個(gè)四夸克態(tài)?！?/p>

不過(guò)，Z（4430）的衰變速度至少比以前認(rèn)為的快10倍，這與描述四夸克態(tài)行為的簡(jiǎn)單模型并不相符?？直硎?，收集更多與這種粒子衰變有關(guān)的數(shù)據(jù)不僅能幫助我們確認(rèn)其是否為四夸克態(tài)，也將有助于科學(xué)家們掌握物質(zhì)在最基本尺度上的“一舉一動(dòng)”。例如，夸克能依附在一起組成更大的群?jiǎn)?？是否存在著由五個(gè)夸克組成的“五夸克態(tài)”（pentaquark）？

夸克世界總是雙人游或三人行嗎？長(zhǎng)久以來(lái)，四個(gè)一起出現(xiàn)的四夸克態(tài)只能算是種假想介子。此前，作為世界上兩大B介子工廠之一的“Belle實(shí)驗(yàn)”一直致力于尋找這種奇特態(tài)物質(zhì)，也出現(xiàn)過(guò)一些四夸克態(tài)的候選者，其中Z（4430）盡管很有潛力，但至今還不能說(shuō)就發(fā)現(xiàn)了四夸克態(tài)。如果本次研究能得到確認(rèn)，不但粒子家族要納入新的成員，我們對(duì)夸克物質(zhì)的研究，也將會(huì)擴(kuò)展至前所未至的天地。（記者 劉霞）

編輯：王永戰(zhàn)（實(shí)習(xí)生）、熊旭