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(2022-07-18 11:44:32)
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四夸克和五夸克：已经发现了“非自然”形式的异域物质
科学家发现了三个由夸克制成的非常奇特形式的物质的新例子。它们能产生早期宇宙的洞察。
HARD
SCIENCE
Credit: Daniel Dominguez / CERN
关键要点
如它们的名字意味的，它们是由叫夸克（和反夸克）的成分组成，它们是粒子物理学标准模型的一部分。
研究这些粒子帮助我们了解原子内部的强核力，也赋予我们洞察早期宇宙。
在欧洲核子研究中心实验室工作的科学家最近宣布发现了自然界中不能被看到的异域物质：两种不同的“四夸克”和一个“五夸克”，所有这些都被在以非常接近光速一起撞击的成对质子之间的碰撞中创造。这些碰撞的能量字面上被转化为这些异域的粒子，这一过程被爱因斯坦著名的方程E = mc^2规制。它们将为研究将原子中心结合在一起的力提供一种新的方法。
什么是夸克？
夸克被美国物理学家穆雷盖尔曼（Murray Gell-Mann）在1964年提出，作为当时一个大问题的解决方案。从1940年代末到1960年代初，物理学家已经发现了数百种其中粒子相互作用有一个令人眼花缭乱的有一个质量、电荷、寿命的阵列的粒子，如此多不一样的粒子已经被发现有如此一个多样的属性范围以至于当时的研究人员叫这个动物园为“粒子动物园”。在他们发现时，这些粒子是已知的最小的物体。
Credit: Cush / Wikipedia / Public domain
当时已知的最重的粒子是三个夸克的组合。例如，熟悉的质子由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子由一个上夸克和两个下夸克组成。这些重粒子的名称是“重子”，来自希腊语barus（“重”）。
中等质量的粒子被称为介子，来自mesos（“中间”）。介子由一个夸克和一个反物质夸克组成。最常见的介子被称为一个π介子（“pion”），一个特定的介子由一个上夸克和一个下反物质夸克组成。最轻的粒子叫“轻子”，来自希腊语leptos（“轻”）是一类完全不同的粒子，不包含夸克。最著名的是电子。
虽然夸克理论解释了许多已知的粒子动物园，但它也预测了该理论提出时尚未被观察到的粒子的存在，例如，由三个奇夸克组成的“欧米茄重子”。（然而，几个月后当欧米茄重子被发现时这一理论得到了验证）。夸克是粒子物理学标准模型的一部分，该模型在科学界内被普遍接受。
虽然盖尔曼最初提出了只有三个夸克存在，但科学家们现在已经发现了总共六个夸克。它们的名字是上、下、魅、奇、顶和底。在过去的半个世纪里，研究人员已经发现了大多数可能的它们可以一次结合三个的方法，或者作为一个夸克和反物质夸克对。
不仅仅是三重奏还有四重奏和五重奏
然而，在盖尔曼的原始论文中，他并没有将可能的夸克构型限制在刚好三夸克重子和夸克反夸克对介子上。他还假设了一个四成分的“四夸克”（由两个夸克和两个反夸克组成）和一个五成分的“五夸克”（由四个夸克和一个反夸克组成）。对这些粒子的搜索多年来一直不成功，但在最近，偶尔选粒子已经被检测到
在过去的几年里，欧洲核子研究中心实验室的一项叫大型强子对撞机b（LHCb）的实验一直在试图发现以前未知的粒子。它最近宣布的发现并不是一类全新的物质------毕竟已知存在少数四夸克和五夸克------而是新的变体。
其中两个粒子是四夸克。其中之一由一个魅夸克、一个上夸克、一个下反夸克和一个奇反夸克组成;另一个由一个魅夸克、一个下夸克、一个上反夸克和一个奇反夸克组成。（注意：反夸克用字母上方的一条线表示。
Credit: Daniel Dominguez / CERN
另一个新粒子是一个五夸克，由一个魅夸克和它的反夸克与一个上、一个下和一个奇夸克组合而成。它是第一个被发现含有一个奇夸克的五夸克。
Credit: Daniel Dominguez / CERN
异域物质的意义
如此，发现非常奇域物质形式的新例子的意义是什么？它允许我们来更好地了解在极端条件下强核力的本质。（强核力负责将原子核保持在一起）。
它也对我们理解非常早期宇宙的演化有影响。大爆炸后不久，宇宙是如此之热以至于夸克自由的四处游荡，没有被捕获在更大的粒子中。在大爆炸后大约一秒的百万分之一秒，宇宙冷却到足以使强大的核力开始聚集在构成宇宙的质子和中子内的夸克，但在过渡中它也一定已经组装了四夸克和五夸克。虽然这些原始粒子早已衰变了，但宇宙的起源的一个全面解释将需要理解四夸克和五夸克。
https://bigthink.com/hard-science/quarks-tetraquarks-pentaquarks/
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