大型強子對撞機CMS合作組或首次發現全粲四夸克粒子家族

10日，記者從南京師范大學獲悉，在9日的第41屆國際高能物理大會上，歐洲核子研究中心大型強子對撞機(LHC)的緊湊介子線圈(CMS)合作組報告了一個可能由四個粲夸克組成的奇特粒子家族的發現。“清華-南師”CMS組負責人、南京師范大學教授易凱代表CMS合作組介紹，這些粒子內部可能由四個同一種重味夸克組成，物理圖像相對簡單而利于理解。“這是中國實驗團隊首次在LHC上主導觀測到可能的全粲四夸克粒子，也是中國首次在CMS實驗上主導新粒子的發現。”易凱說。

夸克是一種基本粒子，目前已知有上、下、奇、粲、頂、底6種類型。

“粒子一般由2-3個夸克組成，例如介子由一個夸克和一個反夸克組成，而重子由3個夸克或3個反夸克組成，它們被稱為傳統強子;但還有一類粒子可能由4個、5個夸克或者夸克膠子混和組成，因為比較罕見，所以也被稱為奇特強子。”易凱表示。

理論學家在數十年前已預測到傳統的強子和奇特強子態的存在，然而直到最近20年，科學家才在實驗上觀察到較為明確的四夸克態或五夸克態奇特強子。

“但此前還沒有發現過全部由重味夸克組成的奇特強子家族，即粲夸克或底夸克組成的奇特粒子。”易凱說。

基于2016-2018年CMS采集的所有“質子-質子”對撞數據進行分析，CMS合作組隨后在兩個粲夸克偶素的不變質量譜中觀測到了一個新的粒子家族。“其中的每一個粒子可能由四個同味重夸克組成，該家族中的三個共振峰依據質量被暫時命名為X(6600)、X(6900)和X(7300)。X(6600)和X(7300)粒子均是在世界上首次被觀測到。”易凱說。

“這是首次在實驗上觀測到可能由純重味夸克組成的奇特粒子家族。”易凱強調，“雖然近20年來，科學家們發現了幾十個奇特強子，但這些奇特強子究竟是怎么形成的，還是未解之謎。而此次研究發現的奇特粒子家族，夸克的組成方式相對簡單，我們就可以基于這種相對簡單的組合方式，繼而理解這些粒子的形成模式。”

易凱表示，CMS探測器收集的數據量大，也有很好的質量分辨率，預計將會在這個方向做出更多的貢獻。

CMS合作組由50多個國家、約240個單位的4000多名成員組成，其中，中國組成員來自中國科學院高能物理研究所、北京大學、中國科學技術大學、北京航空航天大學、清華大學、南京師范大學等多個單位。近年來，中國CMS組在希格斯粒子性質測量和多玻色子研究等方面成績突出。(科技日報記者 金鳳)

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