奇特粒子再发现

清华工物系团队的夸克解秘之旅

●记者 曲田

    “向麦克老大三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）”。

　　这句话出自詹姆斯·乔伊斯小说《芬尼根的守灵夜》。1964年，当美国物理学家默里·盖尔曼读到这里时，眼前豁然一亮，于是，他将自己的最新发现命名为“夸克（quark）”。

　　盖尔曼的发现认为，质子和中子并不是构成物质的最基本粒子，它们都是由3个夸克组成。同时，盖尔曼也提到，可能存在有别于普通重子或介子的奇特强子态，例如五夸克态（由5个夸克组成）。

　　夸克模型的提出为人类探索物质结构打开了一扇新的大门。在往后的半个多世纪里，世界各国的物理学家在实验上孜孜以求，希冀找到预言中的粒子。

　　2015年7月，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机上的LHCb国际合作实验以确定无疑的结果向世人宣布———“五夸克态”粒子的确存在。全球物理学界为之一振，这意味着，人类又发现了物质存在的新形式。此项成果入选了英国《物理世界》杂志年度物理学领域“十大突破”和美国《物理》杂志年度物理学领域“八项重要成果”。

　　探索的脚步并没有停止。2019年3月26日，LHCb国际合作实验再次宣布，发现了一个新的五夸克态Pc(4312)。除此之外，在利用更大的数据量研究2015年发现的五夸克态粒子Pc(4450)时，他们惊奇地发现，这个结构复杂的共振态实际上是由两个独立的五夸克态粒子Pc(4440)和Pc(4457)叠加而成。“此次发现或能让我们重新认识强相互作用。”高能物理学界又一次为之振奋。

　　四年时间，两次重大发现，以清华大学工程物理系团队为主的LHCb中国组成员功不可没。夸克看不见、摸不着，从猜测到证实，本就是一场旷日持久的拉锯战。“新的研究利用了迄今为止LHCb探测器采集的所有数据，通过重新优化的事例选择条件，信号的接收效率又得到了显著提高。这次实验分析的数据有效统计量比2015年时几乎增加了一个数量级，在低统计量时无法观测到的细致结构清晰地显现出来，给予了人们新的惊喜。”五夸克态研究骨干、本次新发现主要完成者、清华大学工程物理系副教授张黎明表示。

　　被称作粒子物理界的“梦之队”的欧洲核子研究中心，有着全世界最先进的设备、最前沿的理念、最优秀的高能物理领域科研人员。大型强子对撞机（LHC）是该中心运行的当今世界上能量最高、规模最大、结构最复杂的高能粒子对撞机，也是当前世界上最大的科学装置。在美剧《生活大爆炸》中，谢耳朵从9岁开始便梦想着去有超一日能去看看大型强子对撞机。

　　LHCb是大型强子对撞机上的四个大型实验之一，合作组由18个国家79家单位的800余名物理学家组成。清华大学工程物理系副教授杨振伟曾担任LHCb物理工作组召集人，现为报告人提名委员会（Speakers’Bureau）成员。每天，杨振伟都要参加很多视频会议，与合作组成员一起讨论问题、交流进展、协调分歧。北京与欧洲有六七个小时的时差，通常下午开完一个会，接着晚上又有一个，他常常诧异，怎么转眼就到凌晨了？

　　张黎明也曾任LHCb物理工作组召集人，为了推动研究更好地开展，通宵达旦可谓家常便饭。除此之外，团队还要频繁往欧洲跑，处理远程不易处理的事情，常常周五他们还在清华，周末已身在欧洲核子研究中心，承担合作组的监测值班任务。常年累月，团队中每一个人的日程表，几乎都是以分钟为单位来计算的。

　　对于生活在柴米油盐中的人们来说，微观粒子看不见摸不着，很多人不太容易理解他们对高能物理的热爱与专注。张黎明不习惯跟人解释，因为在他看来，世界上能讲出来的最美故事，就是物理的奇妙探索。当看起来困难的问题终于迎刃而解时，那种自发的喜悦感难以描述。“一旦有了这样的经验就会上瘾，一辈子的瘾。”张黎明被那个美妙的世界迷住了。

　　做探索性研究的感觉，就像是在黑夜中摸索。研究者的面前是一片迷雾旷野，不知道研究方向是否正确，不知道要花费多少时间，甚至不知道最后能不能做得出来。“可能前面有100条路摆在我们面前，有可能你运气不好，试了99条都没试出来，只剩最后一条了，就看你还有没有勇气去试。”合作多年，杨振伟认为张黎明是一个很有激情的人，虽然在外人看来，他不喜言语。“能够让研究者经受长年累月的困顿，需要的是像初恋时追女生时的那种真爱。怎么说呢，就是心无杂念，一定要心无杂念。”杨振伟说。

　　未来还会有怎样的新发现？杨振伟和张黎明都充满着期待，因为在他们眼中，这场通往星辰大海的征途，才刚刚开始……