四夸克粒子量子特性首次揭示
科技日報北京12月4日電 （記者劉霞）歐洲核子研究中心大型強子對撞機（LHC）上緊湊繆子線圈（CMS）國際合作組于3日在《自然》雜志發(fā)表最新成果，首次揭示了四夸克粒子的量子特性，為理解強核力的本質(zhì)提供了新線索。
夸克被認為是物質(zhì)不可再分的基本粒子，已知包括上、下、粲、奇異、底和頂夸克六種類型。通常，夸克會組合形成強子，如兩個夸克構(gòu)成介子，三個夸克構(gòu)成重子（如物質(zhì)的基本組成粒子質(zhì)子、中子）。然而，夸克也能以更復(fù)雜的方式結(jié)合，形成四夸克或五夸克粒子。
這些奇異強子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)至今尚未明確。一些理論認為它們是緊密結(jié)合的“四夸克態(tài)”“五夸克態(tài)”；另一些則視其為松散結(jié)合的傳統(tǒng)強子對。在最新研究中，CMS合作組聚焦于3種由兩個粲夸克和兩個反粲夸克組成的四夸克粒子——X（6600）、X（6900）與X（7100），首次精確測量了它們的量子特性。
團隊分析了CMS探測器在2016年至2018年LHC第二次運行期間采集的數(shù)據(jù)。通過觀測X粒子衰變?yōu)閮蓚€J/ψ粒子（每個J/ψ粒子由一個粲夸克與一個反粲夸克組成），并進一步衰變?yōu)榭娮訉Γ麄兇_定了3個關(guān)鍵量子參數(shù)：自旋（粒子內(nèi)稟角動量）、宇稱（鏡像對稱性）以及電荷共軛對稱性（粒子與反粒子互換后對系統(tǒng)的影響）。
結(jié)果表明，這3種四夸克態(tài)的自旋均為2，宇稱與電荷共軛對稱性皆為1，具有內(nèi)在一致性。這一測量結(jié)果支持它們更可能屬于緊密結(jié)合的“四夸克態(tài)”，而非松散強子對。相比于“體重”更輕的其他四夸克粒子，全粲夸克組合為研究強核力提供了一個極端卻更清晰的理論平臺。強核力是自然界四種基本作用力之一，負責將夸克束縛為質(zhì)子、中子等粒子，乃至這些奇異的強子。
團隊指出，盡管當前結(jié)果尚未完全明確奇異強子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但為“四夸克態(tài)”模型提供了關(guān)鍵依據(jù)。目前LHC正處于第三輪運行期，未來“高亮度LHC”還將產(chǎn)生更豐富的數(shù)據(jù)，有望進一步揭示強核力如何塑造夸克的多元組合，深化人類對物質(zhì)最深層次結(jié)構(gòu)的認知。
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