质子质量|经过48年的探索，物理学家发现了极为罕见的“三重胶球”粒子_碰撞理论|科学|对撞机|科技

这一事件在1973年就被预测过，但在现实世界中从未出现过。一种前所未见的粒子在两台粒子对撞机炽热的管道显现出来，证实了半个世纪以来的理论。

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1973年，科学家预言了这种被称为“奇异子”的粒子的存在，并将其描述为三种被称为胶子的更小粒子的一种罕见的、短暂的结合。从那时起，研究人员就怀疑当质子以极快的速度相互碰撞时， “奇异子”可能会出现，但使它突然出现的精确条件仍然是一个谜。

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在比较了LHC和Tevatron们的数据后，研究人员报告了古怪物存在的确凿证据。 LHC（大型强子对撞机）是位于日内瓦附近的一个17英里(27公里)长的环形原子对撞机，以发现希格斯玻色子而闻名;而Tevatron（万亿电子伏加速器）是美国的一个3.9英里(6.3公里)长的对撞机，于2011年之前在伊利诺斯州将质子和它们的反物质双胞胎(反质子)撞击在一起，现在已经不再使用了。
奇异子是这样被发现的，在这些粒子碰撞之后，科学家们观察发生了什么。他们的理论是，在质子-质子碰撞和质子-反质子碰撞中，奇异子的出现率会有细微的不同。

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这种差异将揭示质子与质子碰撞的频率与质子与反质子碰撞的频率之间出现轻微的不匹配。 LHC和Tevatron的碰撞发生在不同的能级上。但这篇新论文背后的研究人员开发了一种数学方法来比较他们的数据。它产生了这个图表，他们称之为“金钱图”
图表显示了两条相似的线，但并不遵循完全相同的路径。这两条线之间的差异是由于奇点的存在。 (图片来源:堪萨斯大学)
代表质子-反质子碰撞的蓝线，与代表质子-质子碰撞的红线并没有完全对齐。这种差异是奇异子的出现的信号，证明有5个标准差的统计显著性，这意味着这种效应不涉及奇异子而随机出现的概率是350万分之一。

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为什么质子碰撞会产生奇异子？那么，什么是奇异子?本质上，它们是三种被称为胶子的“粘性”粒子的罕见组合。
质子不是基本粒的、不可分割的粒子。相反，它们是由三个夸克和众多胶子组成的。这些夸克是亚原子世界的重磅撞击者，相对庞大，构成了质子和中子的质量(因此，也构成了大部分原子的质量)和电磁电荷。

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但是胶子扮演着同样重要的角色:它们携带着强大的力，宇宙的四种基本力之一，负责将夸克“粘”在一起成为质子和中子，然后将这些质子和中子结合在原子核中。
当质子在像大型强子对撞机这样的粒子对撞机中以超高能量碰撞时，大约有75%的概率它们会碎成碎片。
在剩下的25%的概率，它们像台球桌上的台球一样互相碰撞。在这种情况下，一个称为弹性散射的过程使质子在碰撞中幸存。物理学家认为这是可能的，因为质子交换两个或三个胶子。在短暂的接触中，这组胶子从一个质子的内部移动到另一个质子的内部。

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“在高能物理中，当两个质子相互作用，或者一个质子和一个反质子相互作用时，总是交换一些粒子” ，该研究的主要作者，堪萨斯大学的物理学家克里斯托弗.罗伊昂告诉《Live Science》。
在大多数情况下，它将是一个胶子。重要的是，质子-质子碰撞和质子-反质子碰撞都会交换粒子，因为正是这两种交流方式的细微差别揭示了奇异子的存在。偶尔，在碰撞中会出现一种被称为胶球(一对或三个胶子)的准状态。
科学家们已经证实了双胶球的存在，但这是他们第一次有信心地观察到被称为奇异子的三重胶球，正如1973年所预测的一样。

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因为具有一种叫做色荷的特性，这些胶球得以保持质子完整性。色荷(和反色荷)类似于正负电磁电荷，它们控制着夸克和胶子如何相互吸引或排斥，在一个比电磁学复杂得多的系统中，即即量子色动力学。夸克和胶子有三种色荷，分别是红、绿、蓝。
红色、绿色和蓝色的组合被称为“白色” ，因此，是平衡的。与此同时，反夸克具有反色荷、反红、反绿、反蓝，它们与对应的颜色相互抵消，形成稳定、平衡的白色电荷。

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胶子同时具有有色荷和反色荷。但是单个胶子总是一种不稳定的色荷和反色荷的混合物:蓝色和反绿色，或红色和反蓝色，等等。 “每个胶子都有一个色荷和一个反色荷。而且(这些胶子)不喜欢独处， ”罗伊昂说。
当一个胶子进入一个新的质子时，它会抓住其他粒子（组成质子的夸克和胶子）。单胶子试图与粒子配对，以平衡它的色荷和反色荷。
但质子内部的色荷已经处于平衡状态，而外来的不稳定胶子的进入破坏了质子的内部平衡，引发了一系列事件，将粒子撕裂。在75%的碰撞中质子被粉碎，这就是当时发生的事情。
但在另外25%的碰撞中，质子互相反弹而不是粉碎，这表明胶子交换涉及了双胶球或三重胶球(奇异子) ，所以它没有破坏质子的内部平衡。

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双胶球有自己的内部平衡。它们的色荷和反色荷是匹配的，可以很容易地从一个质子滑到另一个质子，而不会把它们撕开。
1973年，研究人员指出，从理论上讲，三个胶子应该能够形成一个红、绿、蓝三色相互平衡的三重胶球。他们称这种粒子为奇异子。胶子和多胶子的交换在极端的能量下、极短的时间内发生。到目前为止，还没有人看到过或直接探测到过奇异子(或双胶球，尽管它的存在已经被间接证实) 。
正如纽约州立大学石溪分校天体物理学家保罗·萨特2019年在《Live Science》杂志上发表的一篇文章中所写的那样，发现奇异子并不会改变物理学的面貌，当时研究人员首次发现了这种粒子可能存在的证据。
萨特和其他许多研究人员认为，它根本不是一种真正的粒子，而是一种准粒子，因为它只不过是更小粒子的临时排列。 (然而，质子和中子也是如此。 )
罗伊昂说，这个发现很重要，因为它证实了1973年粒子物理学研究人员用来预测奇异子存在的基本理论是正确的。
BY: Rafi Letzter
FY: 生命动力
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