一种被认为在宇宙大爆炸后短暂存在过的神秘粒子,现在首次在"原始汤"中被发现。 上图:大型强子对撞机的紧凑型介子电磁探测器的一部分。 具体来说,是在一种被称为"夸克胶子等离子体"的介质中,这种介质是在大型强子对撞机中通过对铅离子进行碰撞而产生的。在那里,在这些碰撞产生的数万亿个粒子中,物理学家设法挑拣出了100个被称为X粒子的奇异粒子。 麻省理工学院的物理学家李延杰(音译)说:"这只是故事的开始。我们已经证明我们可以找到信号。在接下来的几年里,我们想要使用夸克胶子等离子体来探测X粒子的内部结构,这可能会改变我们对宇宙应该产生何种物质的看法。"他也是总部位于瑞士CERN的国际CMS合作组织的成员。 大爆炸后不久,早期的宇宙并不是由我们今天看到的漂浮在周围的物质组成的。相反,在几百万分之一秒的时间里,它充满了过热到数万亿度的等离子体,由称为夸克和胶子的基本粒子组成。这就是夸克胶子等离子体。 在不到一眨眼的时间内,等离子体冷却下来,粒子聚集在一起形成了质子和中子,而今天的普通物质就是由它们组成的。但在这短暂的时间内,夸克胶子等离子体中的粒子相撞,粘在一起,然后以不同的形态再次分裂。 其中,一种构型是一个非常神秘的粒子,我们甚至不知道它是如何组合在一起的。这就是X粒子,它只在粒子对撞机中出现过很短的时间,时间太短了,根本无法探测。 然而,从理论上讲,X粒子可能会出现在夸克胶子等离子体的非常小的闪光中,这是物理学家多年来一直在粒子加速器中创造的。这可能会提供一个更好的机会来了解它们。 在大型强子对撞机2018年的运行中,带正电荷的铅原子以高速碰撞在一起。在这大约130亿次碰撞中,每一次都产生了数以万计的粒子簇射。这是一个令人望而生畏的海量数据筛选。 物理学家李延杰(音译)表示:"从理论上讲,等离子体中有如此多的夸克和胶子,X粒子的产生应该会得到加强。但人们认为寻找它们太困难了,因为在这个夸克汤中产生了太多其他粒子。" 虽然,X粒子寿命很短,但当它们衰变时,会产生一簇质量较小的粒子。为了简化数据分析过程,该团队开发了一种算法来识别X粒子衰变的模式特征。然后,他们将2018年的LHC数据输入到他们的软件中。 结果,该算法识别出一个特定质量的信号,表明数据中存在大约100 X个粒子。这是一个很好的开始。 物理学家李延杰(音译)表示:"我们能从这么大的数据集中梳理出这100个粒子,这几乎是不可想象的。" 在这一点上,这些数据还不足以了解更多关于x粒子的结构,但这一发现可以让我们更近距离地了解X粒子。既然我们知道如何找到X粒子的特征,在未来的数据集中梳理它应该会容易得多。反过来,我们拥有的数据越多,就越容易理解它们。 质子和中子都由三个夸克组成。物理学家认为X粒子可能由四种粒子组成 —— 要么是一种被称为四夸克的奇特的紧密结合的粒子;要么是一种由两个介子组成的新型松散结合的粒子,每个介子包含两个夸克。如果是前者,因为它的束缚更紧密,它的衰变速度会比后者慢。 研究团队最后表示:"目前我们的数据与两者一致,因为我们还没有足够的统计数据。在接下来的几年里,我们将获得更多的数据,这样我们就可以区分这两种情况。这将拓宽我们对早期宇宙中大量产生的各种粒子的认识。" 如果朋友们喜欢,敬请关注"知新了了"!