忽略投資市場(chǎng)的表現,本月第一周可說(shuō)是好消息不斷。這不,歐洲核子研究組織(CERN)剛剛宣布,在日內瓦的大型強子對撞機(LHC)中發(fā)現了四個(gè)全新的粒子。
這意味著(zhù)自2009年以來(lái),在對質(zhì)子的撞擊中,大型強子對撞機已發(fā)現了59個(gè)新粒子。這還沒(méi)算上拿下了諾貝爾獎的希格斯玻色子。
令人興奮的是,雖然其中一些新粒子是理論早于預言過(guò)的,但有些則完全出人意料。
大型強子對撞機的目標是在實(shí)驗室中探索物質(zhì)的基本結構——驗證人類(lèi)目前最強大的理論工具:標準模型。大型強子對撞機已經(jīng)交出了令人滿(mǎn)意的答卷——科學(xué)家發(fā)現了希格斯玻色子,基本模型缺失的最后一塊拼圖。但是,基本模型還遠遠不算是完滿(mǎn)。
原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子又分別由3個(gè)夸克組成(有6種不同的夸克:上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、頂夸克、底夸克)。
強力或者強相互作用是維持原子核形態(tài)的強大力量。強相互作用的理論被稱(chēng)為“量子色動(dòng)力學(xué)”,是科學(xué)史和實(shí)驗結果最相符的理論之一。它描述了夸克如何通過(guò)交換被稱(chēng)為膠子的粒子,產(chǎn)生強力。您可以將膠子視為更熟悉的光子,光子是電磁力載體,膠子則是強力的載體。
但是,膠子與夸克的相互作用方式與電磁行為大不相同。將兩個(gè)帶電粒子分開(kāi)時(shí),電磁力會(huì )變弱,我們將兩個(gè)夸克分開(kāi)時(shí),強力會(huì )變強。
結果就是,夸克被永遠封閉在強子中——強子是由兩個(gè)或多個(gè)夸克組成的粒子,其中包括質(zhì)子和中子。當然,Cern的對撞機在瞬間賦予強子極高的能量,在極短時(shí)間內,讓我們得以一撇夸克的真顏。
更復雜的是,標準模型中的所有粒子都具有反粒子。如果我們從質(zhì)子中拉出一個(gè)夸克,則最終的力量將足以創(chuàng )建一個(gè)“夸克-反夸克”對,而新創(chuàng )建的夸克將進(jìn)入質(zhì)子中。
最終得到一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)全新的“介子”——由夸克和反夸克組成。這聽(tīng)起來(lái)可能很奇怪,但是根據量子力學(xué),在宇宙無(wú)處不在的微小細節里,正反復上演著(zhù)正-反粒子涌現的過(guò)程。
實(shí)驗已經(jīng)反復證明了這一點(diǎn)——我們從未見(jiàn)過(guò)單個(gè)夸克。強相互作用理論的一個(gè)令人不快的特征是,哪怕是電磁學(xué)中的一個(gè)簡(jiǎn)單過(guò)程,用量子色動(dòng)力學(xué)來(lái)計算,最終也可能變得非常復雜。因此,我們還不能(理論上)證明夸克是不能單獨存在。
更糟糕的是,我們甚至無(wú)法計算出哪些夸克組合實(shí)際上是可存在的,而哪些則不可能。
首次發(fā)現夸克時(shí),科學(xué)家意識到理論上應該有幾種組合。這包括成對的夸克和反夸克(介子);三夸克(重子);三個(gè)反夸克(antibaryons);兩個(gè)夸克和兩個(gè)反夸克(四夸克);以及四個(gè)夸克和一個(gè)反夸克(五夸克)——只要每種組合中的夸克數減去反夸克數均為三的倍數即可。
長(cháng)期以來(lái),實(shí)驗中僅發(fā)現重子和介子。但是在2003年,日本的Belle實(shí)驗發(fā)現了一個(gè)不合時(shí)宜的粒子。事實(shí)證明,那是一連串的四夸克粒子中的第一個(gè)。
2015年,大型強子對撞機的大型強子對撞機實(shí)驗發(fā)現了兩個(gè)五夸克粒子。
我們最近發(fā)現的四個(gè)新粒子都由4個(gè)夸克構成。其中一組是正反粲夸克對。
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