物理学家重新定义亚原子粒子的“寿命等级”

艺术与科学学院的研究人员已经确定，所谓“迷人的欧米伽- 1”——亚原子粒子家族中被称为baryonys的一部分寿命比之前认为的要长四倍。在《物理评论快报》(美国物理学会2018年)的一篇文章中，物理学教授Steven Blusk解释说：新测量是基于来自于瑞士日内瓦CERN物理实验室大型强子对撞机(LHCb)质子-质子碰撞数据。Blusk和同事发现，在分析了近1000个查米德-欧米茄衰变的碰撞数据后，这个粒子的寿命是268飞秒。飞秒是十亿分之一秒，即0.00000000001秒。关于外来粒子的寿命的理论预测通常倾向于一个特定的顺序。

博科园-科学科普：理论预测，碳纳米棒-欧米茄重子寿命可能是最短的，但预测是要经过检验。迷人的欧米茄寿命并不像科学家们认为的那么短，它是多重粒子的寿命等级层次结构的“本质混乱”，这也表明需要对理论预测进行修正。科学家们一致认为，宇宙中的一切都来自两组基本粒子：夸克和轻子。与本质上是孤立的轻子(如电子)不同的是，夸克结合在一起形成了被称为强子的复合粒子。强子有很多种，最常见的是介子(含有两个夸克)和重子(含有三个夸克)，这些夸克有六种。

LHCb今年早些时候探测到质子-质子碰撞。图片：CERN

重夸克通过粒子衰变迅速转变为上下夸克，在粒子衰变中它们从高质量状态转变为低质量状态。通过大量生产和研究高能碰撞中的重夸克(使用粒子加速器)，可以深入了解自然的基本力量。进入Syracuse的高能物理(HEP)小组，Blusk是其中的一员，和HEP同事们在雪城设计、建造和测试检测硬件的地方（和欧洲核子研究中心(CERN)）进行实验。在世界上最大、最强大的粒子加速器——大型强子对撞机上，质子束相互撞击，速度接近光速。布卢斯克和其他来自世界各地的科学家在随后的残骸中寻找线索，寻找宇宙中新的或尚未被探测到的力量。

这些碎屑使他不仅能够分析粒子延迟，还能测量介子和重子的寿命，这是在欧洲核子研究中心进行的许多类型的测量的一个例子。这些数据还有助于科学家测试量子色动力学(QCD)模型，量子色动力学是描述原子核和原子内部粒子的理论。QCD关注的是夸克和胶子，它们是质子和中子的基石，而质子和中子又反过来形成原子。这个理论也解释了胶子如何把夸克结合在一起。所有这些信息帮助我们寻求更深入、更完整的宇宙理论。欧米茄的寿命上一次测量是在近20年前，但涉及的数据样本要小得多。

这些实验测量的平均值大约是69飞秒——比Blusk的值低4倍。包括他在内的所有测量结果都与欧米茄寿命的理论估计范围不一致，欧米茄寿命从60飞秒到520飞秒不等。由于这种差异，需要进行额外的测量。此外理论家们开始仔细研究他们的QCD计算和预测。发现一个长期被接受的测量方法受到一个新的测量方法的挑战是相当罕见和令人兴奋的。期待这一结果促使对不同数量的量子色动力学(QCD)进行更精确的计算，反过来，这将改善对有魅力的重子寿命的理论预测。

博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《物理评论快报》｜研究/来自：锡拉丘兹大学，DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.092003

博科园-传递宇宙科学之美