欧洲强子对撞机 LHC 撞出三种新粒子！暗物质研究是否能揭开宇宙组成的秘密？

cnBeta • 2023年9月27日 13:51 • 游戏评测

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看过影集《宅男行不行》（The Big Bang Theory）的应该都对于暗物质和位于瑞士的欧洲核子研究组织（CERN）相当熟悉。 CERN 是世界上最大型的粒子物理实验室，在历经三年的维修升级后，欧洲核研究组织终于再次启动大型强子对撞机（LHC）。

重新开机的对撞机只花了几天就超越了过去的纪录，还一口气发现了三种全新的亚原子粒子！ 分别是一种五夸克（pentaquark），以及两种四夸克粒子（tetraquark）。未来，LHC 的相关研究是否能让我们更接近暗物质的本质？

想知道宇宙秘密？那就撞撞看！

究竟什么是暗物质呢？暗物质不会与电磁力产生作用，因此无法吸收、反射或是发出光，这种种特性，让我们完全看不见它们。

然而，根据天文学家的推测，宇宙中约有23%是暗物质、73%是暗能量，而其他所有行星、恒星、银河、星系的物质加起来，也不过占了宇宙的4%而已。

那么，该如何了解暗物质相关的秘密？这时候，就需要 LHC 出马了。加速器的原理在于，可以将粒子加速并相互碰撞，借此来「撞」出新粒子。

2012 年，LHC 便是用这个原理「撞」出了被称为「上帝粒子」希格斯波色子，并让提出理论的科学家拿下了诺贝尔奖的殊荣。

那么，这次新发现的五夸克和四夸克粒子又有何特别的呢？所谓夸克，是构成物质的基本粒子，而它们结合后，则可以形成其他粒子，比如说，两个夸克能组成介子，三个夸克则能组成质子和中子。

早在 60 年代，科学家便预测到，在极少数的情况下，也会出现四夸克和五夸克粒子，然而，一直到近年大型强子对撞机和一些实验出现，才终于能逐步验证这些推论。在过去，我们虽然能够检测到夸克，也能测量它们的性质，却无法参透它们究竟是如何结合在一起的。

停机的这三年中，LHC全面升级磁导系统、缩小光束焦点，以便让粒子们对撞的频率大幅增加，目前，机器已经可用高达13.6TeV的能量进行碰撞。（过去最高为 13 TeV，机器设计时的极限是 14 TeV）不仅如此，相关软件也同步 Level Up，能分析更多粒子数。

有了这两项升级，科学家这次才得以发现第一对四夸克和新的五夸克粒子。这个发现，或许有助于我们更深入了解亚原子粒子的组成原理。

目前，有些理论认为奇异强子（exotic hadron，一类亚原子粒子）是一堆夸克紧密相连成的「球」，有些则觉得它们应该呈现松散的分子化结构，而强子对撞机如今的新发现，有望协助理论物理学家梳理出头绪，建立出一个奇异强子的统一模型。

升级之后，LHC预计会持续高速运转到2026年，接下来，究竟能撞出什么新粒子？又能带来什么样的理论进展？实在是十分令人期待！