大型强子对撞机的5个发现( 二 ) _小知识

重四夸克态

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已故的理论物理学家内森?伊斯格尔（Nathan Isgur）（图片来源：多伦多星报）
1964年，两名研究人员在试图理解强子（参与强相互作用的基本粒子）——强相互作用下的亚原子粒子时，他们独立提出了相同的观点，即亚原子粒子是由三种类型的粒子组成的。乔治·茨威格（George Zweig）给它起名为艾斯（Aces），默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）称之为夸克，三种夸克中两种同位旋为1／2 ，另一种同位旋为0 。在同位旋为1／2的两种中，同位旋向上的，称为上夸克（up）；同位旋向下的，称为下夸克(down)；同位旋为零的则称为奇异夸克(strange) 。后来物理学家又发现另外三种夸克，并分别命名为粲夸克（charm）、顶夸克（top）和底夸克（bottom），每个夸克有红、绿、蓝三味。
多年以来，物理学家一直根据夸克的制造方式将强子分为两类：由三夸克组成的重子（包括质子和中子）和由夸克-反夸克对组成的介子（如π介子和k介子）。但是这些是唯一可能的组合吗？
2003年，日本的研究人员发现了一种奇怪的粒子——X(3872) ，似乎是由一个粲夸克、一个反粲夸克和其它两种以上的夸克组成的。在探索粒子是否存在的同时，研究人员还发现了Z(4430) ，这明显是一个四夸克粒子。后来，大型强子对撞机还发现了数个证明这些粒子存在的证据，这和已经建立的夸克排列模型相悖，至少有点矛盾。这样的Z粒子是转瞬而逝的，可能在大爆炸后微妙内出现过。
未被证实的超对称性

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大型强子对撞机的通用探测器（图片来源：盖蒂图片社）
理论学家提出了超对称性，简称SUSY ，用来处理一些标准模型无法得到解答的问题，比如，为什么一些基本粒子有质量？如何将电磁和强弱核力联系在一起？暗物质是有什么组成的？另外，超对称性还在夸克和轻子之间就如何构成物质建立了一定的关系，而玻色子则是它们之间相互作用的媒介。就像前面提到的重子一样，轻子（如电子）属于一种亚原子粒子，称为费米子，和玻色子的量子特性相反。然而，根据超对称性的说法，每个费米子都对应着一个玻色子，反之亦然，每个粒子都可以转化成它对应的粒子。
如果这是真的，那么超对称性就意味着两种基本粒子类型（费米子和玻色子）只不过是同一枚硬币的两面。如果让对应的粒子相互抵消，数学中的某些无法控制的无穷量可以消去。另外，标准模型对地心引力的解释也有明显的漏洞，因为费米子和玻色子之间的转换可能涉及到引力子，引力子早期就由物理学家提出作为地心引力的载体。
物理学家希望大型强子对撞机能够找到支持超对称性的证据，然后揭示出更深层的问题，这有可能引导新的理论提出，甚至意味着新的实验领域。到目前为止，超对称性在自然界中尚未被观测到。不过，超对称性也有很多版本，每个版本都与特定的假设有关，大型强子对撞机只是选择了形式最优美的版本。
协调运动