刷新你的“夸克观”！两个小组同时发现了一种奇异新粒子的存在证据
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当你把所有的物质放大，你会发现其实它们都是由原子组成的，而原子则由质子、中子和电子构成，质子和中子又能被细分成三种夸克。
目前，物理学家已经发现了 6 种夸克，它们均有对应的质量，电性和名字。最轻的上夸克和下夸克组成了质子（上上下）和中子（上下下），还有另外四个较重的罕见夸克，它们从轻到重依次为：奇、粲、底和顶。此外，每个夸克都有对应的电性相反的反物质。物理学家已经证实，夸克和反夸克不能独立存在于自然界，且组合在一起的数量限制于两个或者三个。
图 | 四夸克态重子
在几个月前，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家宣布，他们通过大型强子对撞机（LHC）上的底夸克探测器（LHCb）发现了由两个粲夸克和一个上夸克组成的新的粒子——双粲重子Ξcc++，又被称为 Xi-cc++。这种新粒子之所以与众不同，是因为之前发现的所有重子都最多只含有 1 个重夸克，而双粲重子有两个重夸克（粲夸克）。不过如荷兰的全国核物理和高能物理研究的物理学家 Patrick Koppenburg 所说的：“许多的具有两个重夸克的三夸克态粒子还没被找到，某种意义上说双粲重子发现算是第一次。”
图 | 双粲重子Ξcc++
双粲重子本质上算是质子的疯狂“表亲”，仅它的存在就激发了粒子物理学家们的研究热情，令研究者们对于解决物质的形成、如何排列和存在问题有了新的想法。
而近期，两篇发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters，PRL）上的理论研究文章，以不同的理论方法各自独立的从理论上预测了另一种更“令人疯狂”的四夸克态粒子。如果这种粒子能在实验上得到证实，那么就能为四夸克态这一类奇异粒子的存在提供确凿的证据。此外研究的结论不当仅仅是数学层面的，这一粒子的的存在将打破我们对于夸克排列的既定认识。
在知道双粲重子这一粒子存在后，两组物理学家便开始用两种不同的方式来分析它的实验数据。一组研究团队采取了实验数据外推结合先前预测双粲重子的方法，而另外一个小组则采取了将真实世界进行数学抽象的方法，把粲、底和上夸克相对其余部分的重量考虑进近似，从而简化了计算。
“正如所注意到的，我们的结论在质的层面上基本相同，”第一篇文章的作者、以色列特拉维夫大学的 Marek Karliner 说到。许多四夸克态粒子的可能“候选者”被发现具有两个重底夸克带来的附加属性以及稳定性，而这一稳定性将为这一粒子存在提供了确凿证据。
这两篇发表在 PRL 上的新文章，都预测了一个由两底夸克，一反上夸和一反下夸克构成的稳定四夸克态粒子。
Marek Karliner 所在研究小组之前从理论上提出双重夸克的结合能是一反一正重夸克结合能的一半的假设，预测了双粲重子的质量为 3627±12 MeV，很好的符合了 LHCb 所观测到的 3621.40 ± 0.78 MeV 质量，从而说明了他们理论预测的正确性。在新一篇文章中，基于他们之前关于双粲重子的理论假设，对四夸克态进行了理论研究，预测最轻的四夸克态 (，即表示有两个底夸克和反上下夸克构成) 的质量为 10389.4±12 MeV，在衰变阈值以下，因而能够存在。
图 | Marek Karliner 研究团队对四夸克态粒子的预测质量。来自 PRL 119, 202001 (2017)
图 | Marek Karliner 研究团队对于不同重夸克构成的四夸克态粒子的研究比较，发现双底夸克较衰变阈值差了接近 170 MeV。
第二篇文章作者、来自美国费米国家加速器实验室的理论物理学家，Chris Quigg 所在的研究团队，对四夸克的研究得出的质量为 10482MeV, 比衰变阈值低了 121MeV。
图 | Chris Quigg 团队对于不同四夸克态的研究，其中的质量为 10482MeV, 比衰变阈值低了 121MeV。来自 PRL 119, 202002 (2017)
可见所预测粒子质量虽然不完全相等，但是两个质量间的相似度是足够让人惊讶的。Quigg 补充到，“我们对这一粒子的预测并非仅停留于理论，它很有可能在实验上被发现。”
现在，这里只是提出了一种理论寻找该粒子的方式而已。Quigg 认为要真寻找到这一粒子，或许需要像中国正计划的新对撞机来实现。不过物理学家们认为，他们可能忽略了在今年作出杰出工作的 LHCb 的一些实验。如 Karliner 认为的，这些实验或许可以能很快的发现这类四夸克态新重子。Quigg 说到：“我的实验合作者坚定的声明，如果存在四夸克态，那么他们将能发现它。”虽然 Quigg 对此显得并不乐观，但是他认为在今后的两到三年这一粒子可能被观测到。
对四夸克的明确探测意义在于，它可以证实从 1964 年到目前为止对于夸克是如何排列的猜想。而由于运用不同理论方法都独立确认其存在也使得这两个研究团队都充满信心。
最后 Quigg 说到：“我对这种双底夸克构成的四夸克粒子的存在很有信心。接下来努力要解决的就是如何找到它。”
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