大型强子对撞机CMS合作组或首次发现全粲四夸克粒子家族

科技工作者之家 07月11日

科技日报记者 金凤

10日,记者从南京师范大学获悉,在9日的第41届国际高能物理大会上,欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)的紧凑介子线圈(CMS)合作组报告了一个可能由四个粲夸克组成的奇特粒子家族的发现。“清华-南师”CMS组负责人、南京师范大学教授易凯代表CMS合作组介绍,这些粒子内部可能由四个同一种重味夸克组成,物理图像相对简单而利于理解。“这是中国实验团队首次在LHC上主导观测到可能的全粲四夸克粒子,也是中国首次在CMS实验上主导新粒子的发现。”易凯说。

夸克是一种基本粒子,目前已知有上、下、奇、粲、顶、底6种类型。

“粒子一般由2-3个夸克组成,例如介子由一个夸克和一个反夸克组成,而重子由3个夸克或3个反夸克组成,它们被称为传统强子;但还有一类粒子可能由4个、5个夸克或者夸克胶子混和组成,因为比较罕见,所以也被称为奇特强子。”易凯表示。

理论学家在数十年前已预测到传统的强子和奇特强子态的存在,然而直到最近20年,科学家才在实验上观察到较为明确的四夸克态或五夸克态奇特强子。

“但此前还没有发现过全部由重味夸克组成的奇特强子家族,即粲夸克或底夸克组成的奇特粒子。”易凯说。

基于2016-2018年CMS采集的所有“质子-质子”对撞数据进行分析,CMS合作组随后在两个粲夸克偶素的不变质量谱中观测到了一个新的粒子家族。“其中的每一个粒子可能由四个同味重夸克组成,该家族中的三个共振峰依据质量被暂时命名为X(6600)、X(6900)和X(7300)。X(6600)和X(7300)粒子均是在世界上首次被观测到。”易凯说。

“这是首次在实验上观测到可能由纯重味夸克组成的奇特粒子家族。”易凯强调,“虽然近20年来,科学家们发现了几十个奇特强子,但这些奇特强子究竟是怎么形成的,还是未解之谜。而此次研究发现的奇特粒子家族,夸克的组成方式相对简单,我们就可以基于这种相对简单的组合方式,继而理解这些粒子的形成模式。”

易凯表示,CMS探测器收集的数据量大,也有很好的质量分辨率,预计将会在这个方向做出更多的贡献。

CMS合作组由50多个国家、约240个单位的4000多名成员组成,其中,中国组成员来自中国科学院高能物理研究所、北京大学、中国科学技术大学、北京航空航天大学、清华大学、南京师范大学等多个单位。近年来,中国CMS组在希格斯粒子性质测量和多玻色子研究等方面成绩突出。