欧洲核子研究中心物理学家探索神秘粒子的性质

自 20 年前发现以来，物理学家们一直对 χc1(3872)(也称为X(3872))着迷，试图了解它是由两个夸克组成的传统粲偶素态，还是由四个夸克组成的奇异粒子。现在，欧洲核子研究中心大型强子对撞机 (LHC) 的LHCb 合作组离找到答案更近了一步。

在粒子物理学的夸克模型中，有重子(由三个夸克组成)、介子(由一对夸克-反夸克组成)和奇异粒子(由非常规数量的夸克组成)。

为了找出 χc1(3872) 的成分，物理学家必须测量其属性，例如其质量或量子数。

理论表明，χc1(3872) 可能是由粲夸克和反粲夸克组成的传统粲偶素态，或者是由四个夸克组成的奇异粒子。

这种类型的奇异粒子可能是紧密结合的四夸克、分子态、cc-胶子混合态、矢量胶球或不同可能性的混合。

此前，LHCb 物理学家发现它的量子数为 1++，并于 2020 年对该粒子的宽度(寿命)和质量进行了精确测量。

研究人员还测量了所谓的低能散射参数。

他们的研究结果表明，它的质量略小于 D0 和 D*0 介子的质量总和。

这些结果导致理论界出现分歧，一些人认为 χc1(3872) 是由空间分离的 D0 和 D*0 介子组成的分子态。

这种分子状态比典型的粒子尺寸大得多，并且更接近重核。

但这一论证遇到了一个问题，即物理学家预计在强子-强子碰撞中分子物体会被抑制，而χc1(3872)会大量产生。

其他理论家将结果解释为 χc1(3872) 具有“紧凑”成分的明确证据。这意味着它是一种尺寸小得多的粒子，包含紧密结合的粲偶素或四夸克。

帮助确定 χc1(3872) 包含什么的一种方法是计算衰变为不同较轻粒子(分支分数)的概率之间的比率。

通过比较它衰变为激发态的粲偶素态或衰变为光子的粲偶素态的速率，物理学家可以收集到有关它是什么类型的粒子的线索。

有一个明确的理论特征：如果该比率不为零，则证明 χc1(3872) 中存在某些紧凑分量，不利于纯分子模型。

现在，利用 LHC 运行 1 和运行 2 的完整数据，LHCb 科学家发现这些比率并不为零，其显著性超过六个标准差。

比率的测量值较大，与基于 χc1(3872) 粒子纯 D0D*0 分子假设的预期不一致。

相反，它支持基于 χc1(3872) 结构的其他假设的广泛预测，包括传统(紧凑)粲偶素、包含粲夸克、粲反夸克、轻夸克和轻反夸克的紧凑四夸克，或具有大量紧凑核心成分的分子混合物。

简而言之，该结果为 χc1(3872) 结构包含紧凑组件提供了强有力的论据。