科学家将重新测量μ介子磁性

据欧洲核子研究中心官网消息,大型强子对撞机底夸克实验团队近日报告称,他们通过分析大型强子对撞机获得的数据,发现了3个新的“奇异”粒子并证实了第四个“奇异”粒子的存在。这些“四胞胎”粒子全由4个夸克组成,但拥有不同的质量和属性。

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1964年,美国物理学家默里·盖尔曼与乔治·茨威格提出,所有强子(受到强相互作用影响的亚原子粒子)都由若干种叫做“夸克”的粒子组成。然而,一段时间内,科学家们观察到的强子要么由一对夸克-反夸克组成;要么由三个夸克组成。不过,在过去10年间,有多个科学团队发现了由三个以上夸克组成的粒子的证据。例如,美国费米国家实验室费米碰撞探测器团队于2009年发现的4个夸克粒子X。后来,LHC的紧凑渺子线圈团队和费米实验室万亿电子伏特加速器Dzero实验小组也都报告了类似的结果。

研究人员重新测量μ介子的磁性。图片来源:FERMILAB

在最新研究中,研究人员对LHC首次运行(从2010—2012年)的整套数据进行了分析,并对一个B+介子衰变成J/ψ、φ介子和K+介子的过程进行详细分析。除再次发现X外,他们还首次发现了3个质量更重的新粒子,并根据其质量分别命名为:X、X和X。每个粒子由2个粲夸克和2个奇夸克采用独特方式排列而成,成为首个完全由重夸克组成的粒子家族。进一步的测量发现,每个粒子各自拥有独特的内部结构、质量和量子数。

物理学家计划会对新物理的“老问题”进行探索。位于美国伊利诺斯州的费米国家加速器实验室的一个研究组将开始精确测量μ介子的磁性。此前的实验表明,μ介子的磁性或比粒子物理学标准模型预测的稍大一些。

美国雪城大学的物理学教授托马斯·斯克瓦尔尼茨基说:“这是我们首次发现这一家族,将帮助我们厘清不同理论模型之间的区别,理论学家们也将使用测量结果加强对粒子的形成,以及物质基本结构的理解。”此外,去年7月份,LHCb团队还首次发现了“五夸克”粒子。

这将给研究人员几十年来想要的东西:超越标准模型的物理证据,这有望翻开物理学的新篇章。

μ介子一种带负电,由一个夸克和一个反夸克构成,受到强相互作用力作用,属于强子。其寿命2.20微秒,在此后由于弱相互作用力的作用衰变。

“物理学现在可以从大自然中获得‘一点爱’。”
这项实验的共同发言人、西雅图华盛顿大学物理学家David
Hertzog说。由于世界上最大的粒子加速器——位于瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机,未能发现超越标准模型的粒子,物理学家越来越感受到阻碍。

科学家希望通过这一名为“μ介子g-2”的实验获得梦寐已求的结果。μ介子g-2可以提供一些间接证据,证明这些粒子过于沉重,无法由LHC产生。

μ介子是电子更重且不稳定的“表亲”。由于它带电荷,因此会在磁场中旋转。每个μ介子会像微型条形磁铁一样被磁化,将一个μ介子放在与其磁化方向垂直的磁场中,其磁极将像罗盘指针一样旋转或进动。

乍一看,理论预测,在磁场中,μ介子的磁性应该以与粒子本身速度相同的速度旋进,因此,如果它开始向飞行方向极化,它就会一直被锁在轨道上。然而,由于量子不确定性,μ介子会在旋转过程中不断释放并重吸收其他粒子。这些粒子在突然来访和离开的过程中产生的烟雾增加了μ介子的磁性,从而使它的进动速度比本身速度略快。

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