四粲夸克组成的新粒子首现身，或助理解质子中子如何形成

由两个粲夸克和两个粲反夸克组成的“四夸克态”（艺术图）。图片来源：CERN官网

夸克通常三两成群，形成名为“强子”的粒子。但几十年来，理论学家预测存在四夸克和五夸克强子——所谓的“四夸克态”（tetraquarks）和“五夸克态”（pentaquarks）。这些四夸克态和五夸克态被称为“奇特强子”。近年来，包括LHCb在内的实验已经证实了其中一些奇特强子的存在，如2015年清华大学参与的LHCb团队首次证实了“五夸克态”的存在。

科学家认为，这些夸克之间非比寻常的组合是研究强力的理想“实验室”，而深入了解强力对于发现新物理学至关重要。强力是让质子、中子和原子核紧密结合的强相互作用，是自然界4种已知基本力之一，另外3种基本力分别为引力、电磁力和弱力。

在最新研究中，LHCb团队仔细分析了大型强子对撞机（LHC）此前两轮运行期间，LHCb探测器采集到的所有数据，发现J/ψ粒子对（一个J/ψ粒子由一个粲夸克和一个粲反夸克组成）的质量分布出现了一个“突起”，且该“突起”的统计显著性为5西格玛，达到了可以宣布发现新粒子的阈值，另外，该粒子的质量表明它由4个粲夸克组成。

LHCb合作组发言人乔瓦尼·帕萨洛瓦表示：“由4个夸克组成的粒子非常奇特，LHCb等实验迄今观察到的‘四夸克态’最多只包含两个重夸克，而我们最新发现的是首个由4个同类型重夸克——两个粲夸克和两个粲反夸克组成的粒子。”

目前，科学家尚不清楚新粒子是“真正的四夸克态”——由4个夸克紧密结合在一起的系统，还是一对两夸克粒子松散结合成的类似分子的结构，但无论哪种方式，都将有助理论学家检验强相互作用理论。