锡拉丘兹大学艺术与科学学院的物理学教授Tomasz Skwarnicki发现了一种叫做“五夸克”粒子的新信息，其发现可能导致对宇宙物质结构的新认识。在北京清华大学副教授张黎明的协助下，斯克瓦尼克分析了来自瑞士欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)的大型强子对撞机之美(LHCb)实验的数据。这位实验物理学家发现了三个从未见过的“五夸克”证据，每个五夸克被分成两部分。
博科园-科学科普：直到现在，我们一直认为“五夸克”是由五个基本粒子(称为夸克)在一起组成，新研究结果证明事实并非如此。斯瓦尼克是研究小组的成员之一，其中包括雪城大学高能物理(HEP)小组的成员，研究宇宙中的基本粒子和力，大部分研究工作是在欧洲核子研究中心实验室进行，那里的大型强子对撞机是世界上最大、最强的粒子探测器。在大型强子对撞机内部，质子以高能量被抛到一起，结果却相互碰撞。当这些粒子被打开时，内部结构有助于科学家探索宇宙的奥秘。
通过研究2015~2018年的质子碰撞，斯瓦尼克证实了五夸克中存在子结构，在大型强子对撞机的运动数据中，有三个窄峰透露了这一点。每个峰指的是一个特定的五夸克——具体地说，一个五夸克被分成两个部分：一个重子，包含三个夸克；一个介子，包含两个夸克。峰值还意味着共振，这是粒子衰变过程中的一种短暂现象，在此过程中，一个不稳定的粒子转变为其他几个粒子。当大型强子对撞机发生碰撞时，质子(重子的一种)相遇，或者更准确地说，滑入另一个质子时，就会发生共振。
这三种五夸克的独特之处在于，质量都略低于它们各部分的质量之和——在这个例子中，是重子和介子的质量之和。五夸克并不是通过简单的分解过程衰变，相反，它通过缓慢而费力地重新排列夸克衰变，形成了一种狭窄的共振。了解粒子如何相互作用并结合在一起是斯瓦尼基的专长。2015年，他和当时的博士生Nathan Jurik G'16、著名教授Sheldon Stone和Zhang因他们在LHCb探测五夸克中的作用而成为头条新闻。发现是在半个世纪前建立的理论基础上，利用了LHC 2011-12年的数据。
LHCb最新数据使用的能量束几乎是其两倍。这种方法结合了更精确的数据选择标准，产生了更大范围的质子碰撞。斯克瓦尼克说：也给了10倍多的数据，使我们能够比以前更清楚地观察五夸克结构，我们原来以为只有一个五夸克，结果发现是两个很窄的五夸克，它们之间几乎没有空间。数据还揭示了第三个“伴”五夸克，所有三个五夸克都有相同的模式：一个重子带有介子子结构，质量低于适当的重子-介子阈值。考虑到LHCb在不到三个月前就停止收集数据，斯瓦尼基的发现相对较快。
信息技术服务(ITS)中负责基础设施服务的副CIO Eric Sedore发挥了支持作用。研究计算团队为斯瓦尼克实现他的目标提供了必要计算机能力。除了斯瓦尼基和斯通，HEP还包括玛丽娜·阿图索(Marina Artuso)教授、史蒂文·布赖克(Steven腮红)和助理教授马修·鲁道夫(Matthew Rudolph)。该组织目前正在校园内建造一种名为“上游追踪器”(UT)的设备，明年将运往欧洲核子研究中心并安装，这是LHCb升级计划的一部分。
UT将显著增强LHCb, LHCb由大约10个不同的子探测器组成，希望UT能带来更多的发现，Artuso和Stone分别是UT项目的负责人和副负责人。斯瓦尼克对LHCb很感兴趣，因为它有助于解释物质最小成分是如何表现的。例如，他的最新发现证明了五夸克与质子和中子以相同的方式构成，而质子和中子是在原子核中结合在一起。五夸克在构成我们的物质中可能没有重要作用，但它们的存在可能会对我们在宇宙其他地方发现的物质模型产生重大影响，比如中子星。
博科园-科学科普｜研究/来自:锡拉丘兹大学
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