【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*-。

Welcome to the LHCb experiment。圖片來源:http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html
Welcome to the LHCb experiment。圖片來源:http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html

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
--
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。

 

加入好友

4,022 人瀏覽過

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *

為了避免你是機器人,請在留言前回答以下問題: