粲夸克物理学术语

简介粲夸克（Charm quark）属于基本粒子标准模型中的六类夸克（上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克）之一，符号为c。其反粒子称为反粲夸克。

中文名

粲夸克

外文名

Charm quark

质量

1.275GeV左右

自旋

1⁄2

电荷

+2⁄3e

系

费米子

组成

基本粒子

代

第二

发现

1974年

符号

c

简介

粲夸克在夸克里第三重，质量为1.275GeV左右，电荷为+2⁄3e，自旋1⁄2。在很多种强子里都含有粲夸克，例如，D介子、粲Σ重子等。

相互作用

会感受到所有四种相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用。

理论预测

1964年，谢尔登·格拉肖与詹姆斯·比约肯猜测，除了上夸克、下夸克和奇夸克以外，还存在有第四种夸克。这是因为在轻子与夸克之间有些奇特奥妙的相似之处：已发现的轻子有四种，分别为电子、电中微子、μ子、μ中微子，而已发现的夸克有三种，分别为上夸克、下夸克、顶夸克，为什么有四种轻子，但只有三种夸克，假若有四种夸克，那岂不是更美好？他们还特别给这假定存在的夸克取名为“粲夸克”。

然而，它们的猜测并未受到重视，因为缺乏实验支持。按照在那时期的主流理论，K0应该会通过发射中性Z玻色子，在过程中改变粒子的奇异数，从而制成μ−与μ+，这过程称为味改变的中性流过程。可是，已经十年了，仍旧没有任何实验找到这衰变过程的踪迹，不知道为什么这过程被压抑地异常罕见。

关于粲夸克存在的理论预测归功于格拉肖、李尔普罗斯、梅安尼。他们在1970年提出了GIM机制，其通过引入第四种夸克来压抑味改变的中性流过程。K0可以通过发射中性Z玻色子变换成μ−与μ+，也可以通过发射中性Z玻色子变换成粲粒子，由于这两种衰变路径相互抵消，因此导致中性流过程被压抑。格拉肖对于粲夸克理论非常有信心，他在一场于1974年举办的国际会议里誓言，如果在两年内未找到粲夸克，他就会把他的帽子吃掉！

实验发现

ψ粒子

1974年，Burton Richter领导的实验小组在SPEAR上利用复杂的探测器开展物质与反物质的对撞研究。当这两种类型的粒子对撞时，它们在小的爆炸中消失。在这一过程中，Burton Richter领导的实验小组发现了一种以前未知的基本粒子，称为“ψ”的粒子，它由夸克和反夸克组成。此粒子发现前，仅知有三种类型的夸克，这一新夸克（称为粲夸克）的发现，令人信服地证明对物质夸克亚结构的基本想法是对的。[1]

J粒子

与此同时，丁肇中领导的实验小组也在布鲁克海文国家实验室也发现这一粒子，称为“J”粒子。为此，Burton Richter和丁肇中被授予1976年诺贝尔物理奖。

最新发现

在最新研究中，LHCb团队仔细分析了大型强子对撞机（LHC）此前两轮运行期间，LHCb探测器采集到的所有数据，发现J/ψ粒子对（一个J/ψ粒子由一个粲夸克和一个粲反夸克组成）的质量分布出现了一个“突起”，且该“突起”的统计显著性为5西格玛，达到了可以宣布发现新粒子的阈值，另外，该粒子的质量表明它由4个粲夸克组成。

LHCb合作组发言人乔瓦尼·帕萨洛瓦表示：“由4个夸克组成的粒子非常奇特，LHCb等实验迄今观察到的‘四夸克态’最多只包含两个重夸克，而我们最新发现的是首个由4个同类型重夸克——两个粲夸克和两个粲反夸克组成的粒子。”[2]

参考资料

1.斯坦福直线加速器中心·中国科学院物理研究所

2.四粲夸克组成的新粒子“现身”·中国科学院