來自伊利諾伊州費米國家加速器實驗室（費米實驗室）Tevatron 對撞機的資料顯示，一種前所未見的包含四種類型夸克的粒子的證據已經出現。這種新粒子，一種“四夸克”，由底夸克、奇異夸克、上夸克和下夸克組成。這項發現可能有助於闡明支配夸克的複雜規則——夸克是構成宇宙中所有原子內部質子和中子的微小基本粒子。
質子和中子各包含三個夸克，這是迄今為止最穩定的組合。被稱為介子的夸克對也很常見，但更大的夸克聚集體非常罕見。瑞士大型強子對撞機 (LHC) 的科學家去年看到了五夸克的首次跡象——五夸克的組合——這早已被預測到，但從未被觀察到。第一個四夸克於 2003 年在日本的 Belle 實驗中被發現，此後物理學家們遇到了六種不同的排列方式。但新的四夸克，如果得到證實，將是特殊的。“在這種情況下，獨特之處在於我們基本上有四個夸克，它們都是不同的——底、上、奇異和下，”DZero 實驗的共同發言人德米特里·丹尼索夫說。“在所有先前的配置中，通常有兩個夸克是相同的。這是否告訴我們一些資訊？我希望是的。”
這種不尋常的排列，在提交給物理評論快報的一篇論文中被稱為 X(5568)，可能反映了關於不同型別或“味”的夸克如何結合在一起的更深層規則——這個過程由自然界中最強大的力，即所謂的強力所促成。物理學家有一個理論——稱為量子色動力學——描述了強力如何工作，但它非常笨拙且難以進行預測。“雖然我們瞭解強力的許多特徵，但我們並不瞭解所有內容，尤其是強力如何在遠距離上起作用，”丹尼索夫說。“在基本層面上，我們仍然沒有一個很好的模型來描述當相當多的夸克結合在一起時它們如何相互作用。”
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
一個懸而未決的問題是：有多少夸克可以粘在一起形成一個粒子？到目前為止，科學家還沒有看到超過五個的組合，但理論上沒有限制。物理學家也希望發現比已經看到的少數四夸克和五夸克不同的配置。“事實證明，找到四夸克很困難，但很可能還有更多有待發現，”費米實驗室物理學家唐·林肯說，他是 DZero 團隊的成員。
Tevatron 對撞機於 2011 年關閉，但 DZero 團隊在其 28 年執行期間實現的數百億次粒子碰撞的存檔資料中發現了新四夸克的跡象。LHC 的 LHCb（“b”代表 beauty，即美）專案等其他實驗現在正在檢視他們自己的資料，以檢視他們是否也有該粒子的證據。“如果它是真實的，那將非常有趣，”雪城大學的 LHCb 物理學家謝爾頓·斯通說。“LHCb 合作者之間的討論提出了一些關於 DZero 結果的擔憂，LHCb 可以迅速檢查這些擔憂。在檢查完成並且 DZero 結果得到確認之前，我們不確定他們究竟看到了什麼。”
無論如何，科學家們預計當前的粒子加速器——尤其是去年以比以往更高的能量水平重啟的 LHC——將在未來幾年發現更多新的粒子配置，這將使夸克物理學和闡明強力的複雜機制成為激動人心的時刻。“我會將它比作拼圖遊戲——它還沒有完成，但我們已經為已知的東西添加了一塊，”丹尼索夫說。“希望最終會有一個理論來解釋這些觀察結果，從而更好地理解這些夸克以及它們之間作用的力。”