大型强子对撞机再发现4种新粒子，全都是超稀有四夸克态
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欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机底夸克实验（LHCb）实验近日宣布再发现4种新粒子，惊人的是全为稀有四夸克态。该机构统计从2009年至今，LHC已发现59个全新粒子，它们有些在理论预期范围内，但有些完全让人出乎意料。
大型强子对撞机（Large Hadron Collider）是地球上测试粒子物理学标准模型的最佳工具之一，最著名发现莫过于希格斯玻色子（Higgs boson），将标准模型遗失的一角填上色彩。然而科学家离完全理解标准模型还有很长一段距离，该理论最麻烦的就是描述将核子结合成原子核的核力（强交互作用）。
原子核由质子与中子组成，质子和中子又分别由3个称为夸克的基本粒子（quark）组成，科学家用量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）来描述夸克与胶子之间的强交互作用。 （胶子是在2个夸克之间传递强作用力的基本粒子）
而强交互作用最奇怪的地方在于其强度不会随着距离增加而减弱，当你把2个夸克分开时，作用力实际上会变强，这导致夸克被永远锁在强子内部，称为夸克禁闭（quark confinement），除非在粒子对撞机中以惊人速度粉碎强子，才有机会看到这些复合粒子瞬间分解成一堆松散的夸克。
【大型强子对撞机再发现4种新粒子，全都是超稀有四夸克态】更复杂的是，标准模型中所有粒子都具有与自身几乎相同但带有相反电荷的反粒子，如果将一个夸克从质子中拉出，则最终会有股力量产生“夸克-反夸克”对，最后夸克进入质子，然后再得到一个由夸克和反夸克组成的束缚态粒子“介子”。
根据量子力学，粒子应该可以从力的作用中弹出，但我们至今都还未见过单独存在的夸克，虽然理论上不能证明夸克无法单独存在，但糟糕的是，科学家也无法计算出哪些夸克组合可行、哪些又不可行。
首次发现夸克时，科学家意识到应该会有几种组合，包括成对的夸克和反夸克（介子）、三夸克（重子）、3个反夸克组成的反重子（antibaryons）；2个夸克和2个反夸克组成的四夸克、以及4个夸克和1个反夸克组成的五夸克——每种组合中只要夸克数减掉反夸克数均为3的倍数即可。
过去多数实验都是发现介子与重子，四夸克、五夸克都相当稀有，2015年时LHCb才首度发现2个五夸克粒子，2019年发现第3个五夸克粒子，2020年则首度发现四夸克粒子。
而本月3日，LHCb实验再宣布发现的4个新粒子，令人惊喜的全都是超稀有四夸克态，且都由1个魅夸克对加上另外2个夸克组成：其中2个四夸克态为全新组合“cc?us?”，命名为Z cs（4000） 与Z cs（4220） ；另外2个四夸克态组合为“cc?ss?”，命名为X（4685）与X（4630）。
这些强子相当值得研究，比如极短时间内夸克通常会出现哪些绑定组合；又为什么所有的四夸克和五夸克都包含一对魅夸克（只有一个例外）？为什么没有带奇夸克对的复合粒子呢？随着发现越来越多新强子，科学家可以更清楚描述物质的最基本特性。
新论文可先上《arXiv》网站试阅。
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