大型強子對撞機CMS合作組發現新的四夸克粒子家族

記者10日從南京師範大學獲悉，在9日舉行的第41屆國際高能物理大會上，歐洲核子研究中心大型強子對撞機（LHC）的緊湊介子線圈（CMS）合作組報告，他們發現了一個可能由4個粲夸克組成的奇特粒子家族。

“清華—南師”CMS組負責人、南京師範大學教授易凱代表CMS合作組介紹，這些粒子內部可能由4個同一種重味夸克組成，物理圖像相對簡單而利於理解。“這是中國實驗團隊首次在LHC上主導觀測到可能的全粲四夸克粒子，也是中國首次在CMS實驗上主導新粒子的發現。”易凱説。

夸克是一種基本粒子，目前已知有上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、頂夸克、底夸克6種類型。“粒子一般由2—3個夸克組成，例如介子由一個夸克和一個反夸克組成，而重子由3個夸克或3個反夸克組成，它們被稱為傳統強子；但還有一類粒子可能由4個、5個夸克或者夸克膠子混合組成，因為比較罕見，所以也被稱為奇特強子。”易凱表示。

理論學家在數十年前已預測到傳統的強子和奇特強子態的存在，然而直到最近20年，科學家才在實驗上觀察到較為明確的四夸克態或五夸克態奇特強子。

“但此前還沒有發現過全部由重味夸克組成的奇特強子家族，即粲夸克或底夸克組成的奇特粒子。”易凱説。

基於2016—2018年CMS採集的所有“質子—質子”對撞數據進行分析，CMS合作組隨後在兩個粲夸克偶素的不變品質譜中觀測到了一個新的粒子家族。“其中的每一個粒子可能由4個同味重夸克組成，該家族中的3個共振峰依據品質被暫時命名為X(6600)、X(6900)和X(7300)。X(6600)和X(7300)粒子均是在世界上首次被觀測到。”易凱説。

“這是首次在實驗上觀測到可能由純重味夸克組成的奇特粒子家族。”易凱強調，“雖然近20年來，科學家們發現了幾十個奇特強子，但這些奇特強子究竟是怎麼形成的，還是未解之謎。而此次研究發現的奇特粒子家族，夸克的組成方式相對簡單，我們就可以基於這種相對簡單的組合方式，繼而理解這些粒子的形成模式。”

易凱表示，CMS探測器收集的數據量大，也有很好的品質解析度，預計將會在這個方向作出更多的貢獻。

CMS合作組由50多個國家、約240個單位的4000多名成員組成，其中，中國組成員來自中國科學院高能物理研究所、北京大學、中國科學技術大學、北京航空航太大學、清華大學、南京師範大學等多個單位。近年來，中國CMS組在希格斯粒子性質測量和多玻色子研究等方面成績突出。