http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-06-19
日本研究组的“Belle”实验探测器
中科院高能物理研究所的粒子物理学家团队
新浪科技讯 北京时间6月19日消息，据美国《连线》杂志网站报道，在探寻一些性质奇特的亚原子粒子的过程中，物理学家们发现了一些更加让人困惑的东西：一种神秘的，难以理解的新型物质。
这项发现几乎是由两个研究机构同时独立作出的，这两个机构分别是日本高能加速器研究所(KEK)进行的“Belle实验”项目，以及中国中科院高能物理研究所(IHEP)进行的“BESIII实验”项目。
这两个研究组都致力于研究一种名为Y(4260)的粒子，这种粒子是在2005年被首次发现的，但是其神秘的性质自那之后便一直困扰着科学家们。通过正负电子对撞实验，可以产生大量的Y(4260)粒子，但其寿命极短，维持时间仅为10-23秒，之后便会衰变为其它类型的粒子。研究组注意到他们的数据在大约3.9GeV能级处存在一个明显的峰值，这对应的粒子质量大约相当于4倍的质子质量。
粒子物理学家刘志清(Zhiqing Liu，音译)说：“由于受到这项发现的启发，我们决定对Y(4260)衰变进行进一步研究，结果证明的确没有让我们失望。” 刘志清是日本“Belle实验”项目论文的第一作者，这篇文章发表于6月17日出版的《物理评论快报》上，另外一篇来自中科院高能所“BESIII”实验项目的论文同样刊载于同一期杂志上，这篇文章刘志清也是作者之一。
中日两个研究组拥有足够的数据来证明他们此次所取得的是一项重大的新发现——这可能是一种新的粒子，名为“Z(3900)。至于这种新型粒子的结构，科学家们仍然缺乏清晰的认识。其中一种可能是Z(3900)可能代表了一种亚原子结构，由4个夸克组成，这是此前从未见到过的。
我们所见宇宙中的大部分物质是由夸克组成的。夸克有六种，分别是上，下，粲，奇，顶和底夸克，它们分别以不同的方式相互结合，形成各种不同的物质。
我们大部分人所熟悉的物质可以被认为是由质子和中子组成的，而这两种粒子都是分别由三种夸克相结合形成的。另一类粒子则是由两个夸克相结合形成的(从技术上讲，实际上这是由一个夸克和一个反夸克组成的)。这类粒子中最具代表性的案例是K介子和π介子。尽管过去就已经有线索表明它们的存在，但迄今从未有人实际观察到由超过3个夸克组成的粒子案例。
将这些夸克胶合在一起的力量被称作“强力”。携带强力的粒子被称为“胶子”，这有点类似于光子，后者携带有电磁能，但两者也有显著的差别，那就是前者只存在于原子核的内部。Y(4260)粒子的组成被认为是由两个夸克，加上一个胶子组成的，尽管其具体的成分结构仍然需要进一步研究。匹兹堡大学粒子物理学家埃里克·斯瓦森(Eric Swanson)表示：“在试图揭开这一谜团的过程中，他们又发现了新的谜团。”
这些实验到目前为止已经得到了大约460颗奇异的Z(3900)粒子，这表明这些粒子的确是真实存在的，而并非数据中出现的统计误差。这种奇异的粒子似乎拥有一个电荷，并且包含至少一个粲夸克和一个反粲夸克。根据其性质作出的做简单推算认为，其余的组成部分可能还包括一个上夸克和一个反下夸克，共同组成由4个夸克构成的独特粒子。
斯瓦森表示：“我们此前还从未见到过类似的粒子，这让人感到兴奋。”尽管此前的实验中已经出现暗示这种粒子存在的线索，但是Belle和BESIII的实验数据则是迄今最清晰而坚实的证据，证明这种粒子的确存在。
然而即便如此，仍然存在其它的可能解释。科学家们已经知道由两个夸克组成的粒子是存在的。因此科学家们此番观察到的表现出类似4个夸克组成粒子的现象也有可能是两个“双夸克粒子”相互紧密联系作用时表现出的假象，就像分子的形式一样，因此这种现象也被形象地称作“强子分子”，这是另外一种同样被怀疑存在于亚原子粒子世界的现象，但是目前还没有任何确凿的证据来证明这一点。而这一现象的可能性正是粒子物理学家刘志清博士努力探查的对象。他表示：“强子分子的可能性还只是我个人的猜想，真实的自然界中很可能并非如此。”
斯瓦森则指出了另外一种相对而言更加枯燥乏味的可能解释，那就是粒子Z(3900)实际上是两个“双夸克”粒子处于相互作用状态，但是这种相互作用并未强大到让两者结合在一起的程度。这种解释同样可以和数据相吻合，但是听起来就没有“强子分子”的想法来的令人眼前一亮。
下一步，两个研究组将努力获取更多数量新的Z(3900)粒子并观察它们衰变的过程，这将有助于我们理解其本质。如果数据显示这些粒子的衰变过程与普通的已知类型的粒子相似，那么这将可以排除它们是新型奇异粒子的可能性。而如果情况不是这样的话，那么科学家们这次真的可能逮到大鱼了。刘志清博士表示：“我们希望能在明年就能揭开这种粒子的本质。”(晨风)
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