歐洲核子研究中心近日宣布，其大型強子對撞機上的底夸克探測器（LHCb）合作組取得重要突破——首次觀測到一種由兩個粲夸克和一個下夸克構(gòu)成的全新粒子，被命名為單電荷“雙粲重子”。這一發(fā)現(xiàn)使強子家族成員增至80種，為研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)提供了新線索。

該成果由中國科學(xué)院大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院何吉波教授團隊主導(dǎo)完成，研究數(shù)據(jù)已通過正在意大利拉蒂勒召開的莫里翁物理學(xué)研討會向全球公布。新粒子與質(zhì)子結(jié)構(gòu)相似，但通過用兩個更重的粲夸克替代質(zhì)子中的兩個上夸克，使其質(zhì)量達到質(zhì)子的四倍。這種結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致其物理性質(zhì)呈現(xiàn)顯著變化，例如預(yù)測壽命較此前發(fā)現(xiàn)的雙電荷“雙粲重子”大幅縮短。

LHCb合作組發(fā)言人溫琴佐·瓦尼奧尼指出，這項發(fā)現(xiàn)為檢驗量子色動力學(xué)理論提供了關(guān)鍵實驗證據(jù)。作為描述強相互作用的核心理論，量子色動力學(xué)不僅解釋了傳統(tǒng)重子（如質(zhì)子、中子）和介子的構(gòu)成機制，還能描述四夸克態(tài)、五夸克態(tài)等奇特強子的形成過程。新粒子的觀測數(shù)據(jù)將幫助科學(xué)家驗證理論模型在極端條件下的適用性。

根據(jù)基礎(chǔ)物理理論，夸克是構(gòu)成物質(zhì)的最小單元，分為上、下、粲、奇、頂、底六種類型，其中前三者質(zhì)量較輕，后三者質(zhì)量較重。這些基本粒子通過強相互作用結(jié)合，通常以兩夸克（介子）或三夸克（重子）形式存在。此次發(fā)現(xiàn)的單電荷“雙粲重子”屬于重子范疇，其特殊之處在于包含兩個相同類型的重夸克。

研究團隊特別強調(diào)，2017年LHCb合作組曾報告發(fā)現(xiàn)由兩個粲夸克和一個上夸克構(gòu)成的雙電荷“雙粲重子”。雖然兩種粒子僅相差一個夸克類型，但量子效應(yīng)導(dǎo)致它們的物理性質(zhì)產(chǎn)生本質(zhì)區(qū)別。新粒子由于下夸克與粲夸克的相互作用更復(fù)雜，使得其衰變模式難以預(yù)測，觀測過程面臨更高技術(shù)挑戰(zhàn)。這項突破標志著人類對夸克物質(zhì)的認識邁入新階段。