物理學家首次在所謂的「原始湯」中偵測到神秘的 X 粒子
一種被認為曾經在大霹靂（the Big Bang）後短暫存在過的神祕粒子，首次在 「 原始湯（primordial soup） 」 中被偵測到。
神秘的存在
特定地來說，這種粒子是在被稱作夸克-膠子電漿（quark-gluon plasma）的媒介、藉由在大型強子對撞機（Large Hadron Collider，LHC）中碰撞鉛離子而產生的。在由這些碰撞所產生的數兆顆粒子之間，物理學家試著找出 100 顆這些奇異的微粒，稱作 X 粒子（X particle）。
麻省理工學院的物理學家、暨位於瑞士的歐洲核子研究組織（CERN）的緊湊緲子線圈（Compact Muon Solenoid，CMS）國際合作組織成員之一的李嚴基博士（Yen-Jie Lee）說：「這僅僅是故事的開端。我們顯示我們可以找到一個訊號。在接下來的幾年，我們想要使用夸克-膠子電漿來探測 X 粒子的內部結構，這可能可以改變我們的觀點，關於宇宙應該要產生哪一種材料。」
在大霹靂後的短暫瞬間，最初的宇宙並非由我們今日所見、漂浮在周圍的物質所組成的。反而是，有這麼百萬分之一秒，宇宙間充滿了加熱至數兆度的電漿，包含了被稱作夸克（quark）與膠子（gluon）的基本粒子。這就是夸克-膠子電漿。
在比眨眼還要短暫的時間內，電漿冷卻下來，而粒子結合在一起，形成質子與中子，也就是建構成今日一般物質的粒子。但就是在那非常短暫的時間內，在夸克-膠子電漿內的粒子們碰撞、糾纏在一起、然後再度散開形成不同的組態。
那些組態中的其中一種就是如此神秘的粒子，以至於我們甚至不知道它們是如何組合在一起的。這就是 X 粒子，且其在粒子對撞機中很少被看到，且出現時間亦很短暫，以至於難以探測。
大海撈出針
然而，理論上來說，X 粒子可能會非常短暫地出現在，物理學家多年來不斷在粒子加速器中所創造的夸克-膠子電漿中。而這可能提供了一個更好的機會來認識它們。
在 2018 年 LHC 的運轉過程中，帶正電的鉛原子以高速撞擊在一起。大約 130 億次撞擊中的每一次都會產生數萬顆粒子。這可是好一大筆需要篩選的資料。
李博士說：「理論上來說，在電漿中有如此多的夸克與膠子，以致於 X 粒子的生成量應該也會增加。但是人們認為會太難以找到它們，這是因為有其他如此多的粒子也生成於夸克湯中。」
雖然 X 粒子的壽命很短，但是當它們衰變時，它們會製造出大量的較低質量的粒子。為了精簡化數據分析的過程，研究團隊研發出了一個演算法，來辨識 X 粒子衰變的特徵模式。接著，他們將 2018 年 LHC 的資料輸給了該軟體。演算法辨別出了在一個特定質量下的訊號，代表著在資料裡面存在有約 100 顆 X 粒子。這是個非常好的開始。
李博士說：「這幾乎無法想像，我們可以從這麼龐大的資料庫中，篩出這 100 顆粒子。」
未來目標
在目前這個時間點，這些資料還不足以了解關於 X 粒子結構的更多事情，但是這項發現可以帶我們更近一步。既然我們已經知道如何找到 X 粒子的特徵，要從未來的資料組中篩出它們應該更簡單。反過來說，若我們擁有更多可用的資料，就更容易了解它們。
質子與中子每個都是由 3 顆夸克所組成的。物理學家認為 X 粒子可能是由 4 顆夸克所組成，有可能是由一種奇特的、緊密鍵結的四夸克（tetraquark）所組成，或是由一種鍵結較鬆的、由兩顆介子（meson）所組成的新粒子所組成，而一顆介子共包含兩顆夸克。如果是前者的話，因為它們鍵結更緊密，所以會比後者衰變得更為緩慢。
李博士說：「目前，我們的數據與兩種情況的數據均一致，因為我們還沒有足夠的統計數據。在接下來幾年，我們會取更多數據，如此一來我們就能分別這兩種情況。這樣就能夠增加我們的視野，關於在早期的宇宙中，有哪種粒子大量地被製造。」
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參考資料：
- Starr, M., (2022, January 24). Physicists Detect Mysterious X Particles in ‘Primordial Soup’ For The First Time. ScienceAlert
- Sirunyan, A. M. et al., (2022, January 19). Evidence for X(3872) in Pb-Pb Collisions and Studies of its Prompt Production at √sNN = 5.02 TeV. Physical Review Letters. doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.032001
- 圖片來源：https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-mysterious-x-particles-have-been-detected-in-quark-gluon-plasma（圖：CERN）
