“质子的表亲”，中国科研团队领衔发现全新粒子

【文/观察者网 陈思佳】3月17日，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机底夸克实验组（LHCb）宣布，发现全新粒子单电荷双粲重子，这是一种由一个轻夸克和两个重夸克组成的粒子。这项重要研究成果由中国科学院大学物理科学学院教授何吉波带领三位本科生主导完成。

LHCb在声明中表示，单电荷双粲重子由两个粲夸克和一个下夸克组成，结构与人们熟悉的质子相似，但质子中的两个上夸克被较重的两个粲夸克取代，使其质量增加至原来的四倍。

声明称，这项发现已于正在意大利举行的2026年莫里翁会议上公布，有助于物理学家更好地理解强相互作用是如何将质子、中子及其他复合粒子结合在一起。

夸克是构成物质的基本单元，自然界存在六种夸克：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克，前三种较轻，后三种较重。LHCb解释说，介子由2个夸克组成，重子由3个夸克组成，被统称为强子，人们熟知的质子和中子都属于重子。

但不同于稳定的质子，大多数强子很不稳定且寿命极短，难以被直接观测。为了产生这些粒子，需要在类似大型强子对撞机的装置中让高能粒子对撞。这些不稳定的强子会迅速衰变，但其衰变产生的较为稳定的粒子可以被探测到，从而帮助科学家推断出原始粒子的性质。

根据20世纪60年代提出的夸克模型，存在一种由两个重夸克和一个轻夸克组成的“双粲重子”。此次发现的单电荷双粲重子，正是这一类特殊的粒子。英国《新科学家》杂志称其为“质子的表亲”，英国曼彻斯特大学教授克里斯·帕克斯表示，最新发现令人感到兴奋，科学家一直在寻找这种粒子。

由两个粲夸克和一个下夸克组成的单电荷双粲重子的想象图 CERN

LHCb发言人温琴佐·瓦尼奥尼（Vincenzo Vagnoni）表示，这是2023年LHCb探测器升级改造完成以来发现的首个新粒子，也是科学家时隔近10年后，第二次观测到含有两个重夸克的重子。

瓦尼奥尼说：“该成果有助于理论物理学家检验量子色动力学模型，这一强相互作用理论不仅描述了夸克如何结合形成常规的重子和介子，也涵盖四夸克态和五夸克态等更为奇特的强子。”

2017年，LHCb曾发现由两个粲夸克和一个上夸克组成的双电荷双粲重子。LHCb在声明中指出，尽管这两种粒子的结构很相似，但由于复杂的量子效应，新发现的单电荷双粲重子的预测寿命更短，观测更加困难。

据中国新闻网报道，关于单电荷双粲重子的研究，由中国科学院大学物理科学学院教授何吉波带领当时为国科大本科生的韩书钰、张丹熠和中国科学技术大学本科生张淋诺主导完成。此次研究的合作机构，还包括英国爱丁堡大学、欧洲核子研究中心、意大利国家核物理研究院等。

在本项研究过程中，韩书钰开发出基于机器学习的粲重子触发算法，对新探测器中“克隆”粒子的去除、单电荷双粲重子质量精确测量等有重要贡献。

张丹熠完成了LHCb运行二期数据中单电荷双粲重子搜寻的更新工作，包括事例选择的重新优化、增加新的衰变道、开发出数据合并算法等，为利用2024年新的物理数据发现双粲重子奠定了基础。

张淋诺在2024年夏作为CERN暑期学生期间，对利用2024年数据研究双粲重子有重要贡献，为改进探测器校准提供了重要输入等。

据《科技日报》报道，何吉波表示，这项研究表明，经过扎实的训练和引导，我国的本科生完全有能力投身于开拓性的、国际一流的前沿研究。他指出，这一新粒子的发现，将进一步加深人类对强相互作用和夸克模型的理解，并为未来发现更多新型粒子、探索物质深层次结构打开了新的大门。

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