了难以捉摸的胶球的证据,宇宙的结构变得更加奥妙了

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  • 半个多世纪以来,粒子物理学家已经从理论上证明了“胶球”的存在,一种完全由胶子构成的粒子。
  • 虽然过去几十年已经产生了一些令人信服的研究候选者,但研究人员利用中国的北京正负电子对撞机II(BEPC-II)发现了另一种被称为X粒子(2370)的粒子,它与预期的胶球具有相同的质量。
  • 如果科学家能够确认胶球的存在,无论是X(2370)还是其他粒子,这都将是一个非常好的迹象,表明粒子物理学的标准模型走上了正确的轨道。半个多世纪以来,粒子物理学家已经从理论上证明了“胶球”的存在,一种完全由胶子构成的粒子。

标准模型是目前最好的猜测。常被描述为“粒子物理学的周期表”,这个模型描述了支撑宇宙的亚原子世界的嵌套玩偶般的结构。原子由质子和中子组成,而质子中子又由夸克组成,而夸克则由胶子(强核力(四种基本力之一)的载体)结合在一起。

在提供对亚原子物理学的理解的同时,标准模型也做出了预测,因为复杂的方程可以表明,某些粒子应该存在,即使它们从未被直接观察到。其中一个假设的粒子是永远难以捉摸的“胶球”。顾名思义,这个“球”实际上是一个完全由胶子组成的粒子。 然而,要找到这样的粒子,需要质子和反质子以难以置信的速度相互发射,并通过爆炸的余波进行分类。

在通过量子色动力学(QCD)强核力理论首次对胶球进行理论描述的50多年后,科学家们已经找到了几个令人信服的参考者,这是相当了不起的成就——但还没有确定地发现胶球。现在,科学家们与北京正负电子对撞机 II (BEPC-II)合作,发现了可能是最有说服力的候选者。科学家们通过筛选由100亿个样本组成的10年数据,找到了一个平均质量为2395 MeV/C2的候选粒子X(2370),这是一个胶球的预期质量。

起初,这似乎是一个奇怪的预言,毕竟胶子没有质量是出了名的。但事实证明,胶子结合在一起的能量给了胶球本身一些质量。(这是整个 E = mc2 的东西)。粒子X(2370)介子(由相等数量的夸克和反夸克组成的粒子)被称为J/ψ。但这一切几乎是瞬间发生的,所以科学家们利用高等数学逆向研究(例如点阵 QCD)来全面了解粒子碰撞的后果。

这并不是第一次发现胶球。例如,在 2015 年,奥地利维也纳技术大学的科学家们发表了一篇论文,强调了另一个引人注目的候选者,即被称为 f0 ( 1710 )的介子。虽然这种粒子已知会衰变为奇夸克(一种基本粒子),但这项研究证实了胶球可以有类似的行为,但它是否是真正的胶球还没有得到确认。

最后,寻找胶球最重要的一点是它们的存在,无论是X(2370),f0(1710),还是其他粒子,都证实了标准模型和QCD理论背后的科学。毕竟,这些理论指出,强大的核力组成的粒子一定存在,我们发现的潜在研究候选人越多,我们的粒子物理模型就越有可能为我们指出正确的方向,并朝着发现我们存在的亚原子奥秘的方向发展。

科学家们的这项发现在发表于《物理评论快报》杂志上