LHCb首次發現雙粲夸克重子

LHCb於今年7月6日宣佈發現雙粲夸克重子Ξ
cc
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,它是第一顆被實驗證實的含兩顆粲夸克的粒子,其質量與量子色動力學的預言吻合。由於Ξ
cc
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的產生機率很小,而且要識別它具相當難度,它的發現標誌着實驗粒子物理學的進步。
由夸克組成的粒子主要分為兩種。第一種是重子 (baryon),它由三顆夸克組成。常見的重子有質子和中子。由於質子和中子比電子重2000倍,一般物質的質量主要來自重子的質量。第二種是介子 (meson),它由一顆夸克和一顆反夸克組成。常見的介子是π 介子。π 介子常見於宇宙射線中。它是高能質子與大氣踫撞的產物。π 介子並不穩定,它會因弱電相互作用衰變成光子或輕子。順帶一提,原子核中質子和中子的吸引力是透過虚π 介子來傳遞。
夸克之間的相互作用主要是強相互作用 (strong interaction)。在粒子物理的標準模型裏,強相互作用由量子色動力學 (quantum chromodynamics (QCD)) 描述。膠子 (gluon) 是傳播強相互作用的粒子,它與夸克的相互作用如圖一 (其中直線代表夸克,彈簧線代表膠子)。從量子場論的角度看,重子是一非常複雜的系統。這是因為強相互作用在低能過程中強度很大,微擾理論並不適用。因此,強相互作用的低能觀測量,如重子或介子的質量,在理論計算上是一項嚴峻的挑戰,至今仍然是理論粒子物理學的熱門課題。

圖一



圖四

圖五

圖六

圖七