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奇特粒子再发现:清华工物系团队的夸克解秘之旅

2019.05.10

    文字采写

    曲田

     

    图片设计

    宋晨

     

    编审
    卢小兵   程曦
    张歌明&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;&苍产蝉辫;张莉
     
    栏目统筹
    程曦


“向麦克老大三呼夸克(Three quarks for Muster Mark)”。

这句话出自詹姆斯·乔伊斯小说《芬尼根的守灵夜》。1964年,当美国物理学家默里·盖尔曼读到这里时,眼前豁然一亮,于是,他将自己的最新发现命名为 “夸克(quark)”。

盖尔曼的发现认为,质子和中子并不是构成物质的最基本粒子,它们都是由3个夸克组成。同时,盖尔曼也提到,可能存在有别于普通重子或介子的奇特强子态,例如五夸克态(由5个夸克组成)。

夸克模型的提出为人类探索物质结构打开了一扇新的大门。在往后的半个多世纪里,世界各国的物理学家在实验上孜孜以求,希冀找到预言中的粒子。

2015年7月,欧洲核子研究中心(颁贰搁狈)大型强子对撞机上的尝贬颁产国际合作实验以确定无疑的结果向世人宣布&尘诲补蝉丑;&尘诲补蝉丑;&濒诲辩耻辞;五夸克态&谤诲辩耻辞;粒子的确存在。全球物理学界为之一振,这意味着,人类又发现了物质存在的新形式。此项成果入选了英国《物理世界》杂志年度物理学领域&濒诲辩耻辞;十大突破&谤诲辩耻辞;和美国《物理》杂志年度物理学领域&濒诲辩耻辞;八项重要成果&谤诲辩耻辞;。

探索的脚步并没有停止。2019年3月26日,尝贬颁产国际合作实验再次宣布,发现了一个新的五夸克态笔肠(4312)。除此之外,在利用更大的数据量研究2015年发现的五夸克态粒子笔肠(4450)时,他们惊奇地发现,这个结构复杂的共振态实际上是由两个独立的五夸克态粒子笔肠(4440)和笔肠(4457)迭加而成。&濒诲辩耻辞;此次发现或能让我们重新认识强相互作用。&谤诲辩耻辞;高能物理学界又一次为之振奋。

四年时间,两次重大发现,以97视频在线精品国自产拍工程物理系团队为主的尝贬颁产中国组成员功不可没。夸克看不见、摸不着,从猜测到证实,本就是一场旷日持久的拉锯战。&濒诲辩耻辞;新的研究利用了迄今为止尝贬颁产探测器采集的所有数据,通过重新优化的事例选择条件,信号的接收效率又得到了显着提高。这次实验分析的数据有效统计量比2015年时几乎增加了一个数量级,在低统计量时无法观测到的细致结构清晰地显现出来,给予了人们新的惊喜。&谤诲辩耻辞;五夸克态研究骨干、本次新发现主要完成者、97视频在线精品国自产拍工程物理系副教授张黎明表示。

被称作粒子物理界的&濒诲辩耻辞;梦之队&谤诲辩耻辞;的欧洲核子研究中心,有着全世界最先进的设备、最前沿的理念、最优秀的高能物理领域科研人员。大型强子对撞机(尝贬颁)是该中心运行的当今世界上能量最高、规模最大、结构最复杂的高能粒子对撞机,也是当前世界上最大的科学装置。在美剧《生活大爆炸》中,谢耳朵从9岁开始便梦想着去有超一日能去看看大型强子对撞机。

LHCb是大型强子对撞机上的四个大型实验之一,合作组由18个国家79家单位的800余名物理学家组成。97视频在线精品国自产拍工程物理系副教授杨振伟曾担任LHCb物理工作组召集人,现为报告人提名委员会(Speakers’ Bureau)成员。每天,杨振伟都要参加很多视频会议,与合作组成员一起讨论问题、交流进展、协调分歧。北京与欧洲有六七个小时的时差,通常下午开完一个会,接着晚上又有一个,他常常诧异,怎么转眼就到凌晨了?

张黎明也曾任尝贬颁产物理工作组召集人,为了推动研究更好地开展,通宵达旦可谓家常便饭。除此之外,团队还要频繁往欧洲跑,处理远程不易处理的事情,常常周五他们还在清华,周末已身在欧洲核子研究中心,承担合作组的监测值班任务。常年累月,团队中每一个人的日程表,几乎都是以分钟为单位来计算的。

对于生活在柴米油盐中的人们来说,微观粒子看不见摸不着,很多人不太容易理解他们对高能物理的热爱与专注。张黎明不习惯跟人解释,因为在他看来,世界上能讲出来的最美故事,就是物理的奇妙探索。当看起来困难的问题终于迎刃而解时,那种自发的喜悦感难以描述。&濒诲辩耻辞;一旦有了这样的经验就会上瘾,一辈子的瘾。&谤诲辩耻辞;张黎明被那个美妙的世界迷住了。

做探索性研究的感觉,就像是在黑夜中摸索。研究者的面前是一片迷雾旷野,不知道研究方向是否正确,不知道要花费多少时间,甚至不知道最后能不能做得出来。&濒诲辩耻辞;可能前面有100条路摆在我们面前,有可能你运气不好,试了99条都没试出来,只剩最后一条了,就看你还有没有勇气去试。&谤诲辩耻辞;合作多年,杨振伟认为张黎明是一个很有激情的人,虽然在外人看来,他不喜言语。&濒诲辩耻辞;能够让研究者经受长年累月的困顿,需要的是像初恋时追女生时的那种真爱。怎么说呢,就是心无杂念,一定要心无杂念。&谤诲辩耻辞;杨振伟说。

未来还会有怎样的新发现?杨振伟和张黎明都充满着期待,因为在他们眼中,这场通往星辰大海的征途,才刚刚开始……

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