物理

五個夸克在一起

夸克的奇特組成顯示,可能還有更多尚未發現的新粒子。

撰文/天民(Maria Temming)

物理

五個夸克在一起

夸克的奇特組成顯示,可能還有更多尚未發現的新粒子。

撰文/天民(Maria Temming)


近年來,位於瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究組織(CERN)裡的大強子對撞機(LHC)陸續發現了許多從未見過的粒子,包括著名的希格斯玻色子。另一種稱為五夸克態(pentaquark)的嶄新粒子也剛從數據裡發掘出來,是由五個夸克組成;夸克是組成質子和中子的基本單位。我們等待這項發現許久,早在50年前就有人預測五夸克粒子的存在;對於物質的最小單位如何膠黏,進而形成現今的宇宙,我們因此獲得了新的見解。


在證實五夸克粒子之前,次原子對撞機中四處飛竄、由夸克組成的數以百計粒子只有兩種組成:由三個夸克組成的重子(baryon,包括質子和中子)、稱為介子(meson)的夸克–反夸克對。物理學家對此一直感到困惑,因為根據數學模型,還有許多不同組成。美國匹茲堡大學的物理學家史萬森(Eric Swanson)說:「有些研究團隊曾提出其他的組成方式,例如Zc(3900)這種由兩個夸克和兩個反夸克組成的粒子,但是這些數據仍有爭議。」10年前有科學家宣稱觀測到五夸克粒子,不過後來認定為誤判。


這項新發現的證據似乎無懈可擊。史萬森評論:「我在這個領域待了30年,看過太多原本以為是正確的數據,後來遭推翻。但這次的數據很明確,除了五夸克粒子,我想不出還有什麼令人信服的解釋。」這項成果發表於2015年8月的《物理評論通訊》。


這些數據無法透露夸克的組成方式,是五個夸克緊密綁在一起,還是一個重子和一個介子束縛在一起,類似某種次原子分子(上圖)。LHC夸克計畫的物理學家史東(Sheldon Stone)表示,LHC在2015年4月調高對撞機的能量,期望未來的實驗能釐清這個關係,或是探究有沒有其他種類的五夸克粒子。


目前證實的五夸克粒子提醒了我們,在普通物質或次原子對撞機中找到的各式各樣粒子,並不足以完整描述宇宙的所有物質。這項新成果點燃了科學家的好奇心,試圖尋找更多尚未發現的奇特粒子。(洪艾彊 譯)


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