歐洲核子研究中心大型強子對撞機夸克項目首次觀察到新的奇異的粒子。

大型強子對撞機夸克項目，英語：Large Hadron Collider beauty，縮寫：LHCb，是LHC上的7個探測器之一，它的主要物理目標是測量在b強子，包含底夸克的重粒子中的CP破壞和新物理。這樣的研究可以幫助解釋宇宙的物質-反物質不對稱性。該探測器也能夠履行在前面區(qū)域的生產(chǎn)截面和弱電物理學的測量。大約有來自60個科研機構840人、代表16個國家形成建造和操作探測器的合作。

LHCb的合作項目已經(jīng)觀察到一種前所未有的四夸克顆粒。這一發(fā)現(xiàn)是在歐洲核子研究中心最近的一次研討會上提出的，并在今天公開發(fā)表的正式論文中進行了詳細具體的描述。

如圖所示（右下）di-J /ψ候選的二維分布及其在（左下）M（1）μμ和（上）M（2）μμ的投影。存在四個分量，因為每個投影都由信號和背景J /ψJ/ψ候選組成。標簽J /ψ1，2和bkg1，2分別表示M（1），（2）μμ分布中的信號和背景貢獻。

這一發(fā)現(xiàn)將幫助物理學家更好地理解夸克?？淇耸且环N基本粒子，是所有物質的基本組成部分。夸克在一起形成稱為強子的復合粒子，其中包括質子和中子。這一突破性的新發(fā)現(xiàn)可以幫助科學家們現(xiàn)在了解夸克將它們自身結合在一起以形成這些復合物的復雜方式。

夸克通常以三三兩兩的形式組合在一起形成強子。然而，幾十年來，理論家已經(jīng)預測到存在四夸克和五夸克強子，它們有時被稱為四夸克和五夸克，近年來，包括LHCb在內(nèi)的實驗已經(jīng)證實了其中一些奇異的強子的存在。

這些由夸克不同尋常的組合制成的粒子是研究自然界的四個已知基本力之一，即強相互作用力的理想“實驗室”，這種自然力是結合質子、中子和構成物質的原子核的強相互作用。對強相互作用的詳細了解，確定新的、出乎意料的過程，對于是新物理學還是標準物理學的標志將很重要。

即將離任的LHCb合作項目發(fā)言人Giovanni Passaleva說，“由四個夸克組成的顆粒已經(jīng)很奇特，我們剛發(fā)現(xiàn)的是第一個由四個相同類型的重夸克組成的，特別是兩個魅力夸克和兩個魅力反夸克，” “到目前為止，LHCb和其他實驗只觀察到四夸克最多包含兩個重夸克，而沒有一個夸克包含兩個以上相同類型的夸克?！?/p>

即將上任的LHCb項目發(fā)言人Chris Parkes表示：“此次合作包括來自19個不同國家的1400多名成員，這是一個共同致力于實現(xiàn)我們的科學目標的社團?！?/p>

“今天的發(fā)現(xiàn)開啟了這一科學成就中又一激動人心的篇章，使我們能夠在極端情況下研究物質粒子的理論。這種粒子屬于相當極端的情況，它是一個奇異的強子，包含四個夸克，而不是其中的兩個或三個。

“研究極端系統(tǒng)使科學家能夠對我們的理論進行最深入的測試。通過研究這種粒子，希望我們將來能在此類中發(fā)現(xiàn)更多的粒子，我們將測試關于夸克如何結合并控制質子的理論和中子?！?/p>

LHCb團隊使用粒子搜尋技術找到了新的四夸克，該技術在平穩(wěn)的事件背景下尋找過多的碰撞事件。研究人員分別從2009年至2013年以及2015年至2018年進行的大型強子對撞機的第一次和第二次運行中篩選了完整的LHCb數(shù)據(jù)集，研究人員發(fā)現(xiàn)了由夸克構成的粒子質量分布發(fā)生了變化。

與以前的四夸克發(fā)現(xiàn)一樣，尚不清楚新粒子是否為“真正的四夸克”，也就是說，四個夸克緊密結合在一起的系統(tǒng)，是否是一對以如分子狀結構弱結合的兩個夸克粒子。無論哪種方式，如此新的四夸克都將幫助理論家測試強相互作用理論——量子色動力學模型。