粒子物理學大突破，LHC 發現第三種「五夸克粒子」
繼 2015 年科學家宣布發現了理論中的「五夸克粒子」後，歐洲大型強子對撞機（LHC）實驗現在再度發現全新的五夸克粒子！隨著我們發現越多新粒子，將越能揭開宇宙物質基本結構的奧秘。
基礎物理告訴我們，日常生活中的物質都由原子構成，過去科學家將原子當作宇宙中最小的基本粒子，然而隨著物理學不斷發展，我們知道原子並非不可分割，而是由更小的次原子粒子：質子、中子、電子構成；你以為到這裡就是極限了嗎？不，繼續看下去，質子、中子內部還由更微小的次原子粒子夸克組成。
在目前標準模型框架下，最基本的粒子單位為費米子（包含夸克、輕子）和玻色子（包含規範玻色子、希格斯粒子），這些基本粒子組成（2 個以上）的粒子稱作複合粒子；由夸克結合形成的複合粒子稱為強子（最穩定的強子即質子與中子），強子可再分成帶 3 個價夸克的重子（Baryon），以及 1 個價夸克＋1 個反價夸克的介子（Meson）。
但在強子之中，物理學家還預言了另外一種「奇異強子（exotic hadron）」的存在，稱為五夸克粒子（pentaquark），由 4 個夸克和 1 個反夸克構成；不同量子數的夸克（有 6 種）組合也代表不同粒子，因此五夸克粒子實際上有很多種類。
2015 年時，大型強子對撞機底夸克實驗（Large Hadron Collider beauty，LHCb）終於宣布發現 2 種全新五夸克粒子，證實半世紀以來的預測，科學家將它們命名為 Pc（4450）和 Pc（4380）。當時團隊分析表明，五夸克粒子結構可能是 5 個夸克緊密束縛著的單一複合粒子，也可能是由 1 個介子 + 1 個重子藉強作用結合，如下圖示範比較。
▲▼ 五夸克粒子結構可能是 5 個夸克緊密束縛的單一複合粒子（上），也可能是 1 個介子 + 1 個重子藉強作用結合而成的複合粒子（下）。
現在，LHCb 實驗宣布發現了第 3 種全新五夸克粒子結構，命名為 Pc（4312）！這一次，LHCb 的數據量是當年 10 倍，並且分析指出，五夸克粒子的結構應該類似於 1 個介子＋1 個重子，或者說像質子與中子在原子核內結合的方式。
此外，當年科學家以為 Pc（4450）是由 5 個夸克緊密束縛而成的一個粒子，新研究表明它其實是由 Pc（4440）和 Pc（4457）兩個獨立強子構成。
目前已知，這 3 種五夸克粒子全部由 1 個下夸克（down quark）、2 個上夸克（up quark）、1 個魅夸克（charm quark）和 1 個反魅夸克（anticharm quark）組成，然而粒子模型的故事才剛剛開始而已，儘管我們仍未發現任何標準模型之外的粒子，但也許，繼續尋找模型內的新粒子便能幫助我們解釋神秘暗物質之構成。
讀完這篇，你我覺得眼花撩亂是很正常的，就連科學家自己都感到恐慌。著名物理學家恩里科·費米就曾幽默調侃道：「如果我有能力記住所有粒子的名字，那我會成為一名植物學家。」
Exotic particles containing five quarks discovered at the Large Hadron Collider
Dash of Meson, Pinch of Baryon: Scientists Find Recipe for Ultrarare Pentaquarks
（首圖來源：LHC）