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歐洲核子研究中心發現 4 種新粒子 助彌補實驗與理論鴻溝

2021/3/8 — 20:16

大型強子對撞機 (LHC),圖片來源:cern

大型強子對撞機 (LHC),圖片來源:cern

歐洲核子研究中心 (CERN) 上周宣佈,在日內瓦的大型強子對撞機 (LHC) 發現了 4 種全新粒子,令 LHC 自 2009 年開始碰撞質子以來,除獲得諾貝爾獎的希格斯玻色子 (Higgs boson) 發現外,發現了共 59 種新粒子。

LHC 的目標是在實驗室中最短距離和最高能量下探索物質的結構,從而測試粒子物理學的標準模型。有些發現是之前在物理學理論中設想過,但也有些是出乎科學家意料之外。

據 CERN 指出,新發現的 4 種粒子全部都是四夸克態 (Tetraquark) ,即由四種不同夸克 (quark)組造成,其中兩種為 ccus 的 Zcs (4000)+  和  Zcs (4220)+ ,並會衰變為 J/ψ 和 K+ 介子;另外兩種則為 ccss 的 X (4685) 和 X (4630) ,並可以衰變至 J/ψφ 介子。

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四夸克態在 2003 年首次被發現,是由兩個夸克和兩個反夸克組成,而夸克是種基本粒子,也是構成物質的基本單元。夸克互相結合,形成一種複合粒子,當中的質子和中子是構成原子核的單元。

夸克亦有六種「味」,分別是上 (up) 、下 (down) 、魅 (charm) 、奇 (strange) 、底 (bottom) 及頂 (top) 。上及下夸克的質量是所有夸克中最低;較重的夸克會通過一個稱為粒子衰變的過程,來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變即是一個從高質量態變成低質量態的過程。一般而言,上及下夸克很穩定,在宇宙中很常見,相反奇、魅、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生,例如宇宙射線及粒子加速器。

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有参與研究的荷蘭國家亞原子物理研究所研究員 Patrick Koppenburg 與劍橋大學粒子物理學家 Harry Cliff 在 The Conversation 撰文指, LHC 的發現值得進一步研究,並可彌補實驗與理論之間的鴻溝;發現的複合粒子越多,愈能夠根據實驗事實調整物理標準模型。

來源:
The Conversation, Cern: scientists discover four new particles – here’s why they matter, 4 March 2021

文/Alan Chiu

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