歐洲核子研究中心 (CERN) 上周宣佈，在日內瓦的大型強子對撞機 (LHC) 發現了 4 種全新粒子，令 LHC 自 2009 年開始碰撞質子以來，除獲得諾貝爾獎的希格斯玻色子 (Higgs boson) 發現外，發現了共 59 種新粒子。

LHC 的目標是在實驗室中最短距離和最高能量下探索物質的結構，從而測試粒子物理學的標準模型。有些發現是之前在物理學理論中設想過，但也有些是出乎科學家意料之外。

據 CERN 指出，新發現的 4 種粒子全部都是四夸克態 (Tetraquark) ，即由四種不同夸克 (quark)組造成，其中兩種為 ccus 的 Zcs (4000)+  和  Zcs (4220)+ ，並會衰變為 J/ψ 和 K+ 介子；另外兩種則為 ccss 的 X (4685) 和 X (4630) ，並可以衰變至 J/ψφ 介子。

四夸克態在 2003 年首次被發現，是由兩個夸克和兩個反夸克組成，而夸克是種基本粒子，也是構成物質的基本單元。夸克互相結合，形成一種複合粒子，當中的質子和中子是構成原子核的單元。

夸克亦有六種「味」，分別是上 (up) 、下 (down) 、魅 (charm) 、奇 (strange) 、底 (bottom) 及頂 (top) 。上及下夸克的質量是所有夸克中最低；較重的夸克會通過一個稱為粒子衰變的過程，來迅速地變成上或下夸克。粒子衰變即是一個從高質量態變成低質量態的過程。一般而言，上及下夸克很穩定，在宇宙中很常見，相反奇、魅、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生，例如宇宙射線及粒子加速器。

有参與研究的荷蘭國家亞原子物理研究所研究員 Patrick Koppenburg 與劍橋大學粒子物理學家 Harry Cliff 在 The Conversation 撰文指， LHC 的發現值得進一步研究，並可彌補實驗與理論之間的鴻溝；發現的複合粒子越多，愈能夠根據實驗事實調整物理標準模型。

來源：
The Conversation, Cern: scientists discover four new particles – here’s why they matter, 4 March 2021

文／Alan Chiu