“奇异粒子”揭开夸克理论谜团

宇宙中所有的物体（包括我们自身）都是由基本粒子——

夸克和轻子组成的。像质子、原子等更大的粒子都是由这些基本粒子结合而成的。

在粒子物理学的标准模型中，夸克有六种类型——上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。这些夸克还有它们的“反物质”同伴——反夸克，每个粒子都有一个与自身相同，却带着相反电荷的反物质版本。夸克与反夸克会束缚在一起形成强子。

上个世纪六十年代，美国物理学家盖尔曼（Murray Gell-Mann）提出了夸克模型。

根据盖尔曼的模型，强子有两大类。一类是由三个夸克组成的重子（包括构成原子核的质子和中子），另一类是由一个夸克和一个反夸克组成的介子。

夸克组成的重子和介子

除了以上两类，在盖尔曼1964年夸克模型的论文中，还提到了存在奇异强子的可能性。这些奇异强子可能是由两个夸克和两个反夸克组成的四夸克态，或者由四个夸克和一个反夸克组成的五夸克态。

5夸克态粒子

2014年，LHCb实验公布了一项结果：被简洁地命名为Z(4430)⁺的粒子是一种四夸克态粒子。

2015年，LHCb实验又宣布，他们第一次发现了两种五夸克态粒子：P_c(4450)⁺和P_c(4380)⁺，从而为强子家族增添了一类全新的粒子。

最近，LHCb刚公布的研究结果表明，他们又发现了一种新的五夸克态粒子，被称为P_c

(4312)⁺，其结果具有7.3标准偏差的统计显著性（在粒子物理学，5个标准偏差就可以宣称是发现了）。

○ 左边深蓝色的峰表示此次发现的五夸克态粒子P_c(4312)⁺；右边的两个峰表示两种质量接近的五夸克态粒子P

_c(4440)⁺和P_c(4457)⁺。

这种结构复杂的粒子实际上是由两个独立的五夸克态粒子Pc(4440)⁺和Pc(4457)⁺组成的，它们的质量非常相近，初看起来就像是一个粒子。

LHCb这次发现的第三种五夸克态的质量略小于前两种粒子。这三种五夸克态都是由一个下夸克、两个上夸克、一个粲夸克和一个反粲夸克组成的。

这次研究让物理学家得以看到比以前更精细的夸克结构。

深度思考

夸克是20世纪60年代物理学家为解释质子、中子（重子）内部结构而提出的假设。美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元--夸克(quark)组成。

根据强子相互作用粒子的实验数据，物理学家建立了夸克理论。

最初解释强子相互作用粒子的理论需要三种夸克，叫做夸克的三种味，它们分别是上夸克、下夸克和奇异夸克。1974年发现了

J/ψ粒子，要求引入第四种夸克:粲夸克(魅夸克)。1977年发现了Υ粒子，要求引入第五种夸克:底夸克。1994年发现第六种夸克:顶夸克。 夸克理论认为，所有的重子都是由三个夸克组成的，反重子则是由三个相应的反夸克组成的。比如质子，中子。

随着实验的进展，新粒子和新数据不断被发现，夸克理论也不断在完善。物理学家通过夸克理论揭示了质子、中子的内部结构和物理规律。

五夸克态的实验现象

高能量的γ射线和中子进行交互作用，进而反应成一个介子和一个五夸克，在随后的10-20秒内五夸克就衰变成一个中子和介子。

五夸克态的内部结构到底是什么样的？

物理学家推测：一种情况是，5个夸克紧密地被束缚在一个强子中；另一种可能性是，五夸克态实际上是由一个重子和一个介子粘在一起形成松散结合的分子，类似于原子核内质子和中子结合的方式。

纽约雪城大学的物理学教授Tomasz Skwarnicki也参与了此次测量，他说，新的五夸克态最有可能的情况是，这些五夸克态是一种

重子-介子分子。

五夸克态的物理意义

1、五夸克态可以帮助物理学家更好的了解重子的内部结构，完善夸克理论。

2、五夸克态丰富了物质存在的形式和夸克的组合方式，为创造奇异物质、开发新材料的奠定基础。