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重大进展!清北联合团队主导在LHCb发现两个新型四夸克态

olivia chan

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日前,在位于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上底夸克探测器LHCb实验组宣布,观测到两个含有全新夸克组分的四夸克态。北京大学物理学院、核物理与核技术国家重点实验室高原宁教授,清华大学工程物理系张黎明副教授和杨振伟副教授等组成的联合研究团队对此项发现作出突出贡献。

在日前发布到arXiv预印本服务器上的一篇论文中,该合作报告了两个具有新夸克含量(cc̄us̄)的四夸克的观测结果:一个窄的,Zcs(4000)+,和一个更宽的Zcs(4220)+。另外两个新的四夸克,X(4685)和X(4630),其夸克含量为cc̄ss̄。得益于将LHC Run 2的统计能力与之前的数据集结合,这次是继2016年合作发现的四个四夸克之后的又一重大发现。这为寻求解释四夸克结合机制本质的理论家提供了新的可能。

然而,这些粒子状态可能具有非常不同的内部结构,这让学术界非常头疼。去年11月,位于北京的电子-玻色子对撞机二号机的BESIII合作报告发现了第一个带电的具有奇异性的隐藏电荷四夸克的候选者,暂时被称为Zcs(3985)-(CERN Courier January/February 2021 p12)。物理学家说,目前还不清楚新的Zcs(4000)+四夸克是否能被识别为这种状态。虽然它们的质量是一致的,但BESIII粒子的宽度小了十倍。“这些状态可能具有非常不同的内部结构,”LHCb合作的首席分析师Liming Zhang说,“BESIII所看到的那个是一个狭窄且寿命较长的粒子,更容易用类似核子的强子图景来理解,其中两个强子通过残余的强力相互作用。我们观测到的那个要宽泛得多,这将使它更自然地被解释为一个紧凑的多夸克候选粒子。”

新的观测结果使LHC发现的新强子达到59种,平均每两个月就探测到一个。尽管量子色动力学自然允许存在传统的二夸克和三夸克介子和重子之外的状态,但负责结合多夸克状态的详细机制在很大程度上仍然是神秘的。例如,四夸克可以是紧密结合的二夸克对,也可以是松散结合的介子-介子分子,或者甚至两者都有。

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(59种新发现强子的分布图,图源CERN)

“谁能想到我们会发现这么多奇异的强子呢?”前LHCb物理协调员Patrick Koppenburg说,"我希望它们能帮助我们对强相互作用进行更好的建模,这对于理解例如在B-介子衰变中看到的异常现象是非常重要的。"

大型强子对撞机(Large Hardron Collider)

位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN,大型强子对撞机LHC是一种将质子加速对撞的高能物理设备,同时也是世界上最大、能量最高的粒子加速器。

参考资料:

欧洲核子研究中心官方报道

https://cerncourier.com/a/lhcb-observes-four-new-tetraquarks/

论文链接:

https://arxiv.org/abs/2103.01803


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