欧洲核子研究中心（下简称CERN）研究人员宣布，他们发现了两种之前只存在于预言之中的新粒子。

大型强子对撞机（下简称LHC）虽然已经暂时关闭，但随着科学家们继续对粒子束相撞产生的海量材料进行分析，发现之旅仍在继续。

这一次，领导此次“大型强子对撞机底夸克实验”（下简称LHCb）的团队发现了重子家族两种新亚原子粒子的存在：Xi_b’-和Xi_b*-。

“自然界颇为慷慨地以寻找一个粒子的代价给予了我们两个粒子的发现。”法国国家科学研究中心（CNRS）在巴黎第六大学（Paris VI University）的高能物理与核物理实验室（LPNHE）的法国科学家马修•查尔斯（Matthew Charles）在声明中称。

“Xi_b'-的质量与其衰变产物的质量总和非常接近：假如再轻一点，我们就完全不可能通过寻找衰变特征的方式找到它。”

大型强子对撞机的粒子碰撞示意图。

这两种粒子都在物理学中的夸克模型中得到预测，但从未被观测到。一颗相关粒子Xi_b*0曾于2012年在CERN的紧凑μ子线圈（CMS）实验中被观测到。

和在LHC中被加速并与其他粒子相撞的质子一样，重子由三个夸克组成，这些夸克被强的力结合在一起。但构成这些Xi_b粒子的夸克类型有所不同，分别为一个魅夸克、一个奇异夸克和一个下夸克。

较重的魅夸克使这些重子的质量达到质子的六倍，但这些重子的质量也取决于自身构造。“自旋”会改变其结构，在Xi_b'-状态，两个较轻夸克的自旋与魅夸克自旋方向相反，而在Xi_b*-状态下方向相同。

通过一台超级计算机，加拿大约克大学（York University）教授兰迪·刘易斯（Randy Lewis）和加拿大粒子与核物理国家实验室（TRIUMF）科学家理查德·沃洛什恩（Richard Woloshyn）在2009年出版的一篇论文中最先预测了这种情况。

“对这些粒子的存在及其质量的预测是理论和计算物理的惊世力作。这是兰迪的杰出成就，他工作在理论物理学的最前沿，并将超级计算机的作用发挥到了极致。”约克大学物理和天文学系主任罗曼·科纽克（Roman Koniuk）在约克大学的一份声明中表示。

除了这些新重子的质量外，LHCb的团队还测算了它们的不稳定性以及有关衰变的细节，结果都符合基于量子色动力学（QCD）理论的预测。这一理论是粒子物理学标准模型的一部分。

“如果我们想找到超越标准模型的新物理学，我们首先要有一幅清晰的图景。”阿姆斯特丹国家亚原子物理研究所（Nikhef）的LHCb实验物理协调员帕特里克·哥本伯格（Patrick Koppenburg）说。

“这样的高精度研究将有助于我们在未来将标准模型的影响和任何新的或意料之外的现象区分开来。”

研究人员所研究的数据于2011-2012年间取自LHC。该对撞机目前正在准备再次启动，并将涉及更加高能和更密集的粒子束，以期催生更多粒子物理学发现。CERN计划在明年春季再度启动粒子撞击。

作者 Brid-Aine Parnell

译 丁盈幸 校 俆笑音