既非質子也非中子!歐洲對撞機發現3種新粒子,夸克數都不是3個

在物質世界中,我們所能看到的一切物體,乃至我們人類本身都是由分子和原子組成的,而原子又是由質子、中子和電子組成的,其中的質子和中子則是由夸克組成,而質子是由兩個上夸克和一個下夸克組成;中子則是由一個上夸克和兩個下夸克組成。

原子的結構

質子和中子均是由夸克構成

常見物質基本上都是由這種夸克構成的質子和中子組成,但是科學家們也發現有一些亞原子粒子物質并非這種結構,比如在今年的7月5日,歐洲核子研究中心就宣布發現了三種有著奇特結構的亞原子粒子,其中有一種是五夸克態的粒子,還有一對四夸克態的粒子。

五夸克態粒子的兩種形態

​這三種新發現的亞原子粒子發現于歐洲大型強子對撞機中,研究者們利用這台對撞機上的底夸克探測器觀察到了這3種新結構。歐洲大型強子對撞機(LHC)是一台可以將質子進行加速對撞的高能物理設備,粒子物理科學家可以用它探索新的粒子和微觀量化粒子的‘新物理’機制,其位于我與瑞士交界處的日內瓦附近侏羅山地下100米深處,總長27公里,是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器。

這次公布的三種新的亞原子粒子是這台設備第二階段運行時的科研產物。據英國廣播公司報道,這三種新粒子存在的時間非常短暫,不到10億分之一秒,但是它們的發現仍然再次證明了粒子物理學家們在60多年前預言的四夸克態或五夸克態粒子的存在(日本的SP環-8加速器和歐洲大型強子對撞機都曾發現過四夸克和五夸克態的粒子),其中的五夸克態粒子衰變后形成的粒子前所未見,一對四夸克態粒子則被認為是目前已知的首對奇特粒子結構。

​五夸克態粒子模型

四夸克態粒子模型

​這一發現有助于科學家探索宇宙誕生和形成之謎,也有助于他們展開理論研究,形成有關奇特粒子的統一模型。這三種新粒子的發現也被認為是微觀物理學上的重要成就。

​目前歐洲大型強子對撞機已經進入到了第三階段的運行中,今年4月22日加速器成功啟動,7月5日的時候對撞機探測器開啟了所有子系統,預估其碰撞能量將達到創紀錄的13.6萬億電子伏特,技術總監邁克·拉蒙稱第三輪運行期間記錄的碰撞次數將超過前兩輪的總和,探測器將幫助收集到更高質量的數據,預估還會有粒子物理學方面新的發現。

​此次運行時間預計為4年,完成實驗任務后,對撞機將關閉并再次升級,升級后將成為高亮度大型強子對撞機,亮度將提升5至10倍,此外還將建造一個名為未來環形對撞機(FCC)的全新的粒子加速器,計劃18年后投入使用,預計其對撞能量可達到100萬億電子伏特。


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