錫拉丘茲大學藝術與科學學院的物理學教授Tomasz Skwarnicki發現了一種叫做“五夸克”粒子的新信息 ，其發現可能導致對宇宙物質結構的新認識。
在北京清華大學副教授張黎明的協助下，斯克瓦尼克分析了來自瑞士歐洲核子研究中心大型強子對撞機(LHC)的大型強子對撞機之美(LHCb)實驗的數據。這位實驗物理學家發現了三個從未見過的“五夸克”證據，每個五夸克被分成兩部分。
博科園-科學科普：直到現在，我們一直認為“五夸克”是由五個基本粒子(稱為夸克)在一起組成，新研究結果證明事實並非如此。斯瓦尼克是研究小組的成員之一，其中包括雪城大學高能物理(HEP)小組的成員，研究宇宙中的基本粒子和力，大部分研究工作是在歐洲核子研究中心實驗室進行，那裡的大型強子對撞機是世界上最大、最強的粒子探測器。在大型強子對撞機內部，質子以高能量被拋到一起，結果卻相互碰撞。當這些粒子被打開時，內部結構有助於科學家探索宇宙的奧秘。
通過研究2015~2018年的質子碰撞，斯瓦尼克證實了五夸克中存在子結構，在大型強子對撞機的運動數據中，有三個窄峰透露了這一點。每個峰指的是一個特定的五夸克——具體地說，一個五夸克被分成兩個部分：一個重子，包含三個夸克；一個介子，包含兩個夸克。峰值還意味著共振，這是粒子衰變過程中的一種短暫現象，在此過程中，一個不穩定的粒子轉變為其他幾個粒子。當大型強子對撞機發生碰撞時，質子(重子的一種)相遇，或者更準確地說，滑入另一個質子時，就會發生共振。
這三種五夸克的獨特之處在於，質量都略低於它們各部分的質量之和——在這個例子中，是重子和介子的質量之和。五夸克並不是通過簡單的分解過程衰變，相反，它通過緩慢而費力地重新排列夸克衰變，形成了一種狹窄的共振。瞭解粒子如何相互作用並結合在一起是斯瓦尼基的專長。2015年，他和當時的博士生Nathan Jurik G'16、著名教授Sheldon Stone和Zhang因他們在LHCb探測五夸克中的作用而成為頭條新聞。發現是在半個世紀前建立的理論基礎上，利用了LHC 2011-12年的數據。
LHCb最新數據使用的能量束幾乎是其兩倍。這種方法結合了更精確的數據選擇標準，產生了更大範圍的質子碰撞。斯克瓦尼克說：也給了10倍多的數據，使我們能夠比以前更清楚地觀察五夸克結構，我們原來以為只有一個五夸克，結果發現是兩個很窄的五夸克，它們之間幾乎沒有空間。數據還揭示了第三個“伴”五夸克，所有三個五夸克都有相同的模式：一個重子帶有介子子結構，質量低於適當的重子-介子閾值。考慮到LHCb在不到三個月前就停止收集數據，斯瓦尼基的發現相對較快。
信息技術服務(ITS)中負責基礎設施服務的副CIO Eric Sedore發揮了支持作用。研究計算團隊為斯瓦尼克實現他的目標提供了必要計算機能力。除了斯瓦尼基和斯通，HEP還包括瑪麗娜·阿圖索(Marina Artuso)教授、史蒂文·布賴克(Steven腮紅)和助理教授馬修·魯道夫(Matthew Rudolph)。該組織目前正在校園內建造一種名為“上游追蹤器”(UT)的設備，明年將運往歐洲核子研究中心並安裝，這是LHCb升級計劃的一部分。
UT將顯著增強LHCb, LHCb由大約10個不同的子探測器組成，希望UT能帶來更多的發現，Artuso和Stone分別是UT項目的負責人和副負責人。斯瓦尼克對LHCb很感興趣，因為它有助於解釋物質最小成分是如何表現的。例如，他的最新發現證明了五夸克與質子和中子以相同的方式構成，而質子和中子是在原子核中結合在一起。五夸克在構成我們的物質中可能沒有重要作用，但它們的存在可能會對我們在宇宙其他地方發現的物質模型產生重大影響，比如中子星。
博科園-科學科普｜研究/來自: 錫拉丘茲大學
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