文/楊書卷

    “四夸克”粒子可能第一次被證實(shí)存在,！

     6月17日，兩篇內(nèi)容相似的論文在國際物理學(xué)權(quán)威雜志Physical Review Letters上重磅推出：中國北京正負(fù)電子對撞機(jī)BESIII實(shí)驗(yàn)和日本高能加速器Belle實(shí)驗(yàn)幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)了“四夸克”粒子Zc（3900）,。論文正式在線發(fā)表的第二天,，Nature就發(fā)表了題為“夸克'四重奏’開啟物質(zhì)世界新視野”的新聞報(bào)道。

     無怪乎科學(xué)界如此興奮,。到現(xiàn)在為止,，我們所見過的粒子都是三夸克態(tài)（如質(zhì)子和中子）和二夸克態(tài)（如?仔介子），不過,，根據(jù)量子色動(dòng)力學(xué)的原理,，并不排除存在含有4個(gè)或4個(gè)以上夸克組成的多夸克態(tài)，這種多夸克態(tài)的粒子被稱為“奇特強(qiáng)子”,，雖然“奇特強(qiáng)子”很早就被預(yù)言,，科學(xué)家也一直發(fā)掘其出現(xiàn)的可能性，還有幾次疑似“奇特強(qiáng)子”的發(fā)現(xiàn),，但在此之前,，“奇特強(qiáng)子”總體還停留在“科幻”階段。

     如果找到“奇特強(qiáng)子”,，將意味著宇宙中存在有奇特態(tài)物質(zhì)，物理學(xué)的粒子家族中就要加入新的成員,，對物質(zhì)的研究則會(huì)擴(kuò)展到一個(gè)更加新奇的領(lǐng)域,。如此誘人的前景一直吸引著科學(xué)家的熱情追逐，而此次兩臺(tái)粒子加速器同時(shí)發(fā)現(xiàn)Zc（3900）的確令人振奮,。照目前的情況看來,，觀察出錯(cuò)的可能性僅有350萬分之一。

     科學(xué)界對于新發(fā)現(xiàn)的Zc（3900）粒子中包含4個(gè)夸克沒有太多異議,，現(xiàn)在的主要爭議是：4個(gè)夸克是如何構(gòu)成這個(gè)粒子的,？一種觀點(diǎn)認(rèn)為，這是由2個(gè)普通的二夸克態(tài)介子構(gòu)成的類似于分子的結(jié)構(gòu),；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為這是一個(gè)真正的“四夸克”態(tài)粒子——4個(gè)夸克緊密構(gòu)成的統(tǒng)一體,，不論哪種解釋，這都是一個(gè)真正意義上的“奇特強(qiáng)子”,。為了盡快結(jié)束這個(gè)爭論,，研究人員將進(jìn)一步發(fā)掘他們所積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，期待是“新物質(zhì)”的誕生,。（6月25日中國科學(xué)院高能物理研究所網(wǎng)站）

     一般來說,，人類要制造出“非”常物質(zhì)，如“奇特強(qiáng)子”,、希格斯粒子,、反物質(zhì)等等，都需要在粒子加速器中進(jìn)行，不過這種制造方式的確太“風(fēng)聲大,、雨點(diǎn)小”了,，例如，當(dāng)前的大型強(qiáng)子對撞機(jī)要花1千年的時(shí)間,，才能夠?qū)ψ渤?微克的反物質(zhì),！別說是應(yīng)用，連做實(shí)驗(yàn)也少得可憐,。

     因此,，如何制造數(shù)量足夠多、保存時(shí)間足夠長的“非”常物質(zhì)一直困擾著實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,。近日,，一個(gè)由美國密歇根大學(xué)、英國貝爾法斯特女王大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員組成的國際小組則取得了突破：他們成功地造出了一種桌面級別的反物質(zhì)“槍”,，能噴出短促的正電子脈沖,。

     正電子除了能在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造出來，還存在于黑洞和脈沖星發(fā)出的噴流中,。研究小組造出的設(shè)備不超過1m長,，能產(chǎn)生短促的電子和正電子脈沖，而黑洞和脈沖星發(fā)出的噴射和這種脈沖非常相似,。實(shí)驗(yàn)中,，研究人員向氦氣樣本中發(fā)射一束激光，這樣會(huì)產(chǎn)生一束高速電子流,。這些電子在一片極薄金屬箔的引導(dǎo)下,，撞進(jìn)單個(gè)的金屬原子中，會(huì)導(dǎo)致一束電子和正電子流被發(fā)射出來,，這兩種電子可以通過磁場分離開來,。

     根據(jù)報(bào)告，這種反物質(zhì)“槍”每次“開火”持續(xù)時(shí)間僅30飛秒（1秒=1015飛秒）,，但每次產(chǎn)生的正電子達(dá)到1015個(gè)/cm3,，這可是個(gè)了不起的數(shù)字，它的密度水平足以和世界最大的正負(fù)電子對撞機(jī)LEP生成的正電子密度相媲美,。

     反物質(zhì)“槍”的出現(xiàn)是一個(gè)躍進(jìn),，它意味著以往神秘而高不可及的反物質(zhì)開始走入了“尋常百姓”家。正反物質(zhì)相遇,，會(huì)釋放出遠(yuǎn)超核能的巨大能量,，也許反物質(zhì)“槍”已經(jīng)打開了這種“超級能源”的未來之門。（6月27日《科技日報(bào)》）

     有意義的是,，德國科學(xué)家也觀測到了一種原來僅存在于“預(yù)言”中的物質(zhì)——磁單極子,。磁單極子是指僅帶有“南極”或“北極”單一磁極的磁性物質(zhì),，早在1931年，物理學(xué)家Paul Dirac就利用數(shù)學(xué)公式預(yù)言了磁單極子的存在,。當(dāng)時(shí)他認(rèn)為,，既然帶有基本電荷的電子在宇宙中存在，那么理應(yīng)帶有基本“磁荷”的粒子存在,。和“奇特強(qiáng)子”相似,，從此科學(xué)家們開始了他們搜尋磁單極子的工作，但迄今一無所獲,，甚至有科學(xué)家對磁單極子的存在開始質(zhì)疑,。

     現(xiàn)在，來自科隆大學(xué)的科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn),，將細(xì)小的磁旋（磁鐵表面細(xì)小的磁尖）混合在一起,，在混合點(diǎn)上制造出了一個(gè)人造磁單極子，其屬性與假設(shè)中的磁單極子一模一樣,。

     在過去幾年,，該研究團(tuán)隊(duì)一直在對那些內(nèi)部形成磁旋的物質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的檢查，并想知道破壞這種磁旋會(huì)產(chǎn)生什么后果,，為此,，他們使用磁力顯微鏡觀測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)遭到破壞時(shí),，磁旋顯然會(huì)合并在一起,。由于每個(gè)磁旋攜帶有一個(gè)人造磁場，因此,，它們的制造或者破壞會(huì)出現(xiàn)在混合點(diǎn)上?？坡〈髮W(xué)的Rosh教授解釋：“這意味著必須有一個(gè)人造磁單極子位于該點(diǎn)上,。當(dāng)兩個(gè)磁旋混合時(shí)，一個(gè)人造磁單極子會(huì)流過其表面,。而且,，其屬性與假設(shè)中的磁單極子一模一樣，這可真是個(gè)大驚喜,！”當(dāng)然,，這只是一次漂亮的觀測，離Dirac預(yù)言的單個(gè)的磁單極子距離還遠(yuǎn),，但已為最終找到真正的磁單極子增添了信心,。（6月6日美國Science）

     “奇特強(qiáng)子”、“反物質(zhì)”,、“磁單極子”等等,，是一系列涉及同時(shí)微觀和宏觀重大問題的突破口,，一直都是基礎(chǔ)物理追逐的熱門話題，如果找到它們,，現(xiàn)有物理學(xué)和天文學(xué)的許多基礎(chǔ)理論都將要作重大修改,，由此來更深一步地認(rèn)識(shí)宇宙的起源與發(fā)展。而這些令人眼花繚亂的“非”常物質(zhì),，也挑戰(zhàn)著人類對世界的原本認(rèn)知,，讓我們從另一個(gè)視角審視固有的存在。