四夸克粒子量子特性首次揭示
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科技日报北京12月4日电 （记者刘霞）欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）上紧凑缪子线圈（CMS）国际合作组于3日在《自然》杂志发表最新成果，首次揭示了四夸克粒子的量子特性，为理解强核力的本质提供了新线索。
夸克被认为是物质不可再分的基本粒子，已知包括上、下、粲、奇异、底和顶夸克六种类型。通常，夸克会组合形成强子，如两个夸克构成介子，三个夸克构成重子（如物质的基本组成粒子质子、中子）。然而，夸克也能以更复杂的方式结合，形成四夸克或五夸克粒子。
这些奇异强子的内部结构至今尚未明确。一些理论认为它们是紧密结合的“四夸克态”“五夸克态”；另一些则视其为松散结合的传统强子对。在最新研究中，CMS合作组聚焦于3种由两个粲夸克和两个反粲夸克组成的四夸克粒子——X（6600）、X（6900）与X（7100），首次精确测量了它们的量子特性。
团队分析了CMS探测器在2016年至2018年LHC第二次运行期间采集的数据。通过观测X粒子衰变为两个J/ψ粒子（每个J/ψ粒子由一个粲夸克与一个反粲夸克组成），并进一步衰变为缪子对，他们确定了3个关键量子参数：自旋（粒子内禀角动量）、宇称（镜像对称性）以及电荷共轭对称性（粒子与反粒子互换后对系统的影响）。
结果表明，这3种四夸克态的自旋均为2，宇称与电荷共轭对称性皆为1，具有内在一致性。这一测量结果支持它们更可能属于紧密结合的“四夸克态”，而非松散强子对。相比于“体重”更轻的其他四夸克粒子，全粲夸克组合为研究强核力提供了一个极端却更清晰的理论平台。强核力是自然界四种基本作用力之一，负责将夸克束缚为质子、中子等粒子，乃至这些奇异的强子。
团队指出，尽管当前结果尚未完全明确奇异强子的内部结构，但为“四夸克态”模型提供了关键依据。目前LHC正处于第三轮运行期，未来“高亮度LHC”还将产生更丰富的数据，有望进一步揭示强核力如何塑造夸克的多元组合，深化人类对物质最深层次结构的认知。
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