嫌疑人现身:物理学家复活了一种消失已久的神秘粒子

“X粒子”。

MIT

麻省理工学院（MIT）的研究人员使用欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC），在一团由数万亿个基本粒子组成的电浆中，首次发现了大约100个神秘的“X粒子”。这种粒子理论上仅在宇宙大爆炸后数百万分之一秒的时间内短暂出现过。当然这一次它们的存在也仅维系了极短的一瞬间。

在宇宙起源后的短暂瞬间内，时空中充满了超热的电浆。构成这些电浆的不是离子，而是更基本的夸克和胶子。随着宇宙的急速冷却，胶子把夸克粘合在了一起，形成了质子和中子。

而就在这种冷却开始之前，有一部分胶子和夸克曾经以另外的方式互相粘合在一起，形成过一种短命的神秘粒子。由于目前人们对这种粒子的结构不甚了解，物理学家便称之为“X粒子”。

为了寻找“X粒子”，物理学家利用LHC重建了与婴儿宇宙相似的环境。在对撞机内，带有正电荷的铅原子核发生了高速碰撞，形成的基本粒子电浆与混沌的宇宙婴儿期十分相似。

把原子核撞碎是简单的，难的是在130亿次撞击数据中筛选出有用的信息。而要找到“X粒子”更是不容易，因为这团电浆同时也制造出了大量其他粒子。

研究人员并不知道“X粒子”的结构，但是知道这些粒子的衰变遵循一种独特的模式。这让研究人员可以用算法，在数据中对“X粒子”产生的信号进行筛选。

质子和中子都是由3个夸克组成的，而“X粒子”可能是由4个夸克组成的。理论上，“X粒子”的结构有两种可能：一种是由4个夸克以同样的方式紧密结合在一起；另一种是由2个夸克对——也就是2个介子，松散地结合在一起。

现在还不知道“X粒子”的结构究竟属于哪一种。研究人员期待未来能够收集到更多的数据，以增进人类对宇宙初期物理状态的认识。

参考
Scientists make first detection of exotic “X” particles in quark-gluon plasma
https://news.mit.edu/2022/x-particles-quark-gluon-plasma-detection-0121