解读夸克的秘密：大型强子对撞机的新发现挑战旧理论
解读夸克的秘密：大型强子对撞机的新发现挑战旧理论
LHCb合作项目的最新测量结果，为我们提供了关于单个夸克如何聚集形成可观测物质的全新见解。
大型强子对撞机（LHC）的研究表明，作为可见物质主要成分的夸克，会根据环境条件形成不同的复合粒子。这一发现挑战了之前认为夸克产生重子是均匀的观点，指出需要修订理论模型来解释不同密度下的物质形成。
夸克：物质的基石
夸克是构成宇宙中可见物质的基本粒子。夸克最有趣也最令人费解的特性是，它们从来不是孤立存在的。相反，它们只能在被限制在复合粒子（如质子）内部时才能被观察到。
核物理学家使用巨大的粒子加速器产生各种类型的夸克，并研究它们如何进化成可观测的粒子。三个夸克组形成称为重子（如质子和中子）的复合粒子，而成对的夸克形成介子。大型强子对撞机（LHCb）实验的新测量结果显示，重子产生速度的惊人变化，打破了之前的预期。
了解重子和介子
构成所有可见物质的原子核是由重子（特别是质子和中子）组成的，科学家们认为，重子是在早期宇宙中形成的。原子核内的重子是稳定的粒子，不会发生放射性衰变。然而，所有介子都是不稳定的，它们会迅速衰变成不能形成原子的较轻粒子。
因此，稳定重子与不稳定介子的存在使我们所知道的原子和宇宙的存在成为可能。LHCb实验表明，夸克形成重子与介子的速率在很大程度上取决于其环境的密度。这一发现有助于解释早期宇宙中第一个稳定粒子的产生。
强相互作用的作用
正如量子色动力学（QCD）理论所描述的那样，夸克必须是受限的这一事实，是强相互作用的定义特征。使用QCD的计算可以预测粒子碰撞中产生的重底夸克的总数，但无法描述作为重子而非介子出现的部分。通常，研究人员会调整模型，以匹配之前涉及电子与正电子碰撞的实验数据，假设重子产生率是普遍的。
高密度碰撞的含义
与以前的实验相比，这项新研究的一个重要区别是，在大型强子对撞机上，质子和/或原子核的碰撞产生了一个夸克密度高得多的环境。
在这项研究中，来自大型强子对撞机实验的核物理学家发现，含有b夸克的重子数量取决于碰撞后的环境，并随着粒子密度的增加而增加。这表明科学家对重子产生的普遍性的假设是不正确的，在产生的夸克进化成可见物质的过程中，它们之间的相互作用影响了重子出现的数量。
这些新的结果证明，在密集碰撞系统中需要产生重子的额外理论机制，这在早期宇宙中形成第一批质子时可能尤为重要。