科学家使用大型强子对撞机发现长寿命奇特粒子

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最近,欧洲核研究中心(CERN)的大型强子对撞机(lhcb)实验团队在欧洲物理学会的高能物理会议(eps hep)上提出了一项新发现。lhcb发现的新粒子,标记为TCC+,是一个四夸克——一个包含两个夸克和两个反夸克的奇怪强子。它是迄今为止发现的寿命最长的奇异物质粒子,也是第一个包含两个重夸克和两个轻反夸克的粒子。

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夸克是物质的基本成分。这些夸克以不同的方式结合形成不同类型的物质——质子和中子等重子由几个夸克组成,而介子是由夸克与反夸克(它们的反物质等价物)配对形成的。近年来,科学家们发现了一些所谓的奇异强子——由四个或五个夸克组成的粒子,而不是传统的两个或三个夸克。最新的发现是一种特别独特的奇异强子。

这个新粒子包含两个魅力夸克,一个上反夸克和一个下反夸克。近年来,已经发现了几个四夸克(包括一个四夸克和两个魅力夸克以及两个反魅力夸克),但这是第一个发现魅力夸克的粒子,而魅力夸克并没有被其自身的反魅力夸克抵消。物理学家称之为TCC+双重开放魅力。

此外,TCC+还有其他有趣的功能。它是第一个被发现属于四夸克类的粒子,有两个重夸克和两个轻反夸克。粒子衰变为一对介子,每对介子由一个重夸克和一个轻反夸克组成。根据一些理论预测,这类四夸克的质量应该非常接近两个介子的质量之和。这种质量接近使衰变变得“困难”,并延长粒子的寿命。事实上,TCC+是迄今为止发现的寿命最长的奇异强子。

这一发现为寻找相同类型的较重粒子铺平了道路,其中一个或两个魅力夸克被底部夸克取代。一个有两个底部夸克的粒子特别有趣:根据计算,它的质量应该小于任何一对B介子的质量之和。这将使衰变不仅不太可能,而且实际上是被禁止的:粒子不会通过强相互作用衰变,而是必须通过弱相互作用衰变,这将使其寿命比以前观察到的任何奇怪强子都长几个数量级。

新的TCC+四夸克是一个值得进一步研究的目标。它衰变成的粒子相对容易探测,加上衰变过程中的少量可用能量,这使得它的质量具有非常高的精确度,并允许研究这个迷人粒子的量子数。这反过来可以为现有的理论模型提供一个严格的测试,甚至可以检测到以前无法达到的效果。

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