【物理新知】LHC發現兩個質子的大個子表親
■瑞士LHC加速器中的LHCb實驗發表了最新的實驗結果，發現兩個新重子，分別是 Xi_b'-及Xi_b*-。
撰文｜陳勁豪
在粒子物理的標準模型中，由三個夸克所組成的粒子稱為重子(bayron)。我們日常生活中組成所有物質的質子跟中子便屬於重子：質子帶有兩個上夸克跟一個下夸克(uud)，而中子帶有一個上夸克跟兩個下夸克(udd)。
LHCb是位於大型強子對撞機(LHC)的四個大型實驗之一。和ATLAS跟CMS兩個大型通用實驗不同，LHCb主要研究的是底夸克(bottom quark)相關的物理現象。這次LHCb所發現的兩個新重子是由相同的夸克所組成，分別是一個底夸克(b)，奇夸克(s)及一個下夸克(d)所組成。由於底夸克的質量相當大，因此這兩個重子的質量約略都是質子的六倍。這兩個新重子唯一不同的地方在於所帶的自旋數。Xi_b'-中的下夸克跟奇夸克帶有相同的自旋，並與底夸克所帶的自旋相反，所以自旋數為1/2，而Xi_b*-則是三個夸克都帶有相同的自旋，因此自旋數為3/2。這個微小的差別也造成了兩個重子的質量差異：Xi_b'-略重一些。LHCb的研究人員仔細測量了這兩個新重子的質量，相對產生率，及一些相關性質，結果都與標準模型的預測相吻合。
粒子物理的標準模型可以用來描述夸克之間的相互作用。透過對各種新粒子的仔細測量(例如這次發現的兩個新重子)，物理學家可以更深入的了解夸克之間的相互作用方式，為發現新物理現象奠定基礎。
這次的結果是利用LHCb在2011-2012年所取得的數據所分析而得。在2013-2014，LHC進行停工整修，預計2015年恢復運轉，並將質子對撞能量由2012的8 TeV提昇至13 TeV。
原始論文
Observation of two new Xi_b^- baryon resonances
arXiv:1411.4849
LHCb Collaboration
參考資料：
CERN Press Release, 2014/11/19: LHCb observes two new baryon particles
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作者：陳勁豪 科教中心特約寫手，從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位，研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」（Sciscape.org）總編輯。
