Four 的公司计算机模拟预测了包含魅力夸克和美夸克的四夸克的存在。 （提供：Shutterstock/paul_june）
印度三位物理学家进行的超级计算机模拟为新型四夸克的存在提供了强有力的证据。 四夸克被称为 Tbc，由两个重夸克（魅力和美丽）和两个轻反夸克（上夸克和下夸克）组成。 模拟的重点是两个介子的相互作用：一个由粲夸克和下反夸克组成，另一个由美夸克和上反夸克组成。 详细的分析表明，强核力应该将这些介子结合成 Tbc，三人组相信在不久的将来可以在加速器实验中发现它。
研究人员解释说：“传统的Compound亚Atom粒子的特征是介子（包含一个夸克和一个反夸克）和重子（包含三个夸克）。” “然而，开始 [in] 2003年，出现了大量奇异强子的发现，这些强子违背了重子和介子的传统图像，需要超越这两个简单类别的描述。” 这些奇异的强子包括四夸克（包括两个夸克和两个反夸克）和五夸克（包括四个夸克和一个反夸克）。
最近的一项发现是 Tcc+ 四夸克——两个粲夸克、一个上反夸克和一个下反夸克——是由 LHCb 合作发现的。 研究人员表示：“它的近亲，称为 Tbb，长期以来一直被假设为强束缚强子，但由于其质量较大，在不久的将来在实验中找到它会很困难。” 然而，直到现在，Tbc四夸克可能存在的可能性仍不清楚。
晶格模拟
为了查明这两个介子是否可以结合形成 Tbc，霍米巴巴国家科学教育研究所的 Padmanath Madanagopalan 以及塔塔基础研究所的 Archana Radhakrishnan 和 Nilmani Mathur 使用标准计算方法来研究基本粒子的束缚态。 这涉及模拟介子碰撞，以推断它们如何相互结合形成 Tbc。
虽然该技术非常适合研究电磁和弱相互作用，但它需要巨大的计算能力来计算介子碰撞中涉及的强相互作用。 此类计算涉及使用步长为百分之几飞米的离散晶格来近似连续空间，并在其节点和节点之间的链接中定义量子场。
“由于强相互作用的性质，四夸克结合能的计算极具挑战性，”英国华威大学的蒂姆·格申（Tim Gershon）解释道，他没有参与这项最新研究。 “在高能量下，强相互作用过程可以‘微扰’计算，这意味着考虑一个粒子（胶子——强相互作用的中介）的交易所占主导地位，并通过两个或多个胶子交易所的小修正。”
非常复杂的算法
“不幸的是，这在低能量下不起作用，因为强相互作用是‘非微扰’的，这意味着需要考虑涉及大量胶子的相互作用，”格申补充道。 “有多种近似方法可以解决这个难题。 然而，完整的计算只能使用所谓的晶格 QCD（其中 QCD 代表量子色动力学——强相互作用理论）来完成。 这涉及使用超级计算机和非常复杂的算法。”
通过对两个介子散射进行晶格 QCD 计算，三人推导了相互作用的强度，发现它具有吸引力，比 Tcc+ 中介子之间的吸引力强约 100 倍。 这有力地表明了 Tbc 的存在，并且四夸克比 Tcc+ 的束缚力更强、寿命更长。
三人总结道：“在我们使用晶格 QCD 第一原理方法的工作中，我们为这种新型亚Atom粒子的存在提供了令人信服的证据，并消除了任何早期的疑虑。” 他们补充说，他们的计算应该会激励实验者寻找四夸克。 事实上，三人组相信四夸克在未来 5 到 10 年内被发现是有现实前景的。
该研究在《物理评测快报》中进行了描述。
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