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科学:再次刷新人类对物质的认知 四夸克组成的新粒子首次“现身”

中国科普博览 2020-09-03 11:16:03

出品:科普中国

制作:花明

监制:中国科学院计算机网络信息中心

七月初,欧洲核子研究中心(CERN)发布新闻会,宣布大型强子对撞机底夸克实验(LHCb)发现一种由4个粲夸克组成的新粒子——X(6900)。

这也是首次发现四个同种夸克的“蜗居”。粲夸克是什么?为什么四个夸克住在一起也能成为大新闻?要解答这个问题,还要从夸克说起。

再次刷新人类对物质的认知,四夸克组成的新粒子首次“现身”

△图片来源:自制

什么是夸克?

夸克是一种参与强相互作用的基本粒子,是构成物质的基本单元。在夸克发现之前,化学家可以将物质分到原子层级,由此确定了美丽昂贵的钻石和黑乎乎的铅笔芯其实是亲兄弟,因为它们的主要成分都是碳原子。

化学家把物质分到原子就分不下去了,但是,物理学家还能分。物理学家们发现,原子是由原子核和电子组成,原子核由质子和中子组成,而质子和中子则由夸克组成。夸克也是目前我们认识到的最小粒子,不能再分了。

再次刷新人类对物质的认知,四夸克组成的新粒子首次“现身”

△图片来源:自制

你能想象到夸克有多小吗?

把一根头发撕成50万根,每根的粗细和一个碳原子的大小相当。而夸克跟原子比起来,差不多就只是大象身上的一只蚂蚁。可以说,微观世界小到超出我们的想象。即便如此,物理学家们还是要对它们进行研究,为了方便研究描述,物理学家借助自己的想象力构建了夸克的物理模型。

根据物理学标准模型,夸克有六种,分别是上(up)、下(down)、奇(strange)、粲(charm)、底(bottom)及顶(top),每种夸克还都会有个双胞胎——反夸克粒子,比如c夸克的反粒子为

再次刷新人类对物质的认知,四夸克组成的新粒子首次“现身”

你可以把它们想象成六个口味的夸克冰激凌球。事实上,正是盖尔曼和弗里奇在冰激凌店聊天时,受到不同口味的冰激凌启发,才想到引入“味道”来区分不同的夸克。

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