大型強子對撞機(圖:CERN)

歐洲核子研究組織(CERN)宣布,瑞士日內瓦近郊的大型強子對撞機Large Hadron Collider,LHC)發現兩種新粒子。科學家以大型強子對撞機底夸克實驗Large Hadron Collider beauty,LHCb)進行研究,發現了兩種從未見過的新粒子,甚至發現第三種潛在的新粒子。

重子系列新成員

物理學界的標準粒子模型曾預測這兩種稀有粒子的存在,直到此次實驗才得到證實,這兩種新粒子都屬於重子(baryon)的一種,與在 LHC 粒子加速實驗中使用的質子為同一系列的粒子。

宇宙的大部分都是由重子所組成的。我們所熟悉的質子與中子就是重子的一種,而這兩種新發現的粒子,是由三個夸克(quark)所組成的。夸克共有六種型態,粒子物理學上稱「味」(flavour),分別為上(up)、下(down)、頂(top)、底(bottom)、魅(charm)、奇(strange)。舉例來說,質子是由兩個上夸克與一個下夸克組成,而中子則是由一個上夸克與兩個下夸克組成。

新發現的兩種粒子分別被命名為 Σb(6097)+ 及 Σb(6097),分別由兩個上夸克與一個底夸克,兩個下夸克與一個底夸克所組成。這兩種新粒子均屬於底重子(bottom baryon),與之前在費米實驗室(Fermilab)觀察到的四種粒子有關。不過,這是科學史上首次觀察到較大質量的重子,其質量約為質子的六倍。

另一種潛在的粒子

科學家還認為可能發現了另一種稀有的新粒子,這種新粒子可能是一種稱為四夸克(tetraquark)的複合粒子。四夸克是一種介子(meson),一般介子是由兩個夸克組成,四夸克則是由兩個夸克跟兩個反夸克組成的。不過至今四夸克仍難以觀察到,在這次的研究中也是。這個可能的新粒子被命名為 Zc(4100),是在觀察較重 B 介子衰退時與另外兩個魅夸克一同被偵測到。

但由於這次的觀察中,Zc(4100) 的顯著性只有約 3 個標準差,距離發現新粒子的門檻 5 個標準差還有一段差距。要確認 Zc(4100) 是否存在還需要後續持續觀察。而新發現的兩個新重子的顯著性標準差分別為 12.7 及 12.6,遠超過門檻。

 

參考資料:

  1. Starr, M., (2018, September 28). CERN Scientists Say The LHC Has Confirmed Two New Particles, And Possibly Discovered a Third. Science Alert
  2. Aaij, R. et al. (2018, September 20). Observation of two resonances in the Λ0bπ± systems and precise measurement of Σ±b and Σ∗±b properties. arXiv.org
  3. Aaij, R. et al. (2018, September 19). Evidence for an ηc(1S)π− resonance in B0→ηc(1S)K+π− decays. arXiv.org
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