 美國能源部所屬費米國家加速器實驗室的科學(xué)家們2004年6月18日對外宣布，觀測到亞原子粒子家族中一個沒有預(yù)料到的新成員，稱為"重-輕"介子。這一新的介子，是奇異夸克和粲夸克的組合，是有史以來在這個家族中觀測到的最重的介子。
一般說來，介子質(zhì)量越大，其壽命在衰變成其它他粒子之前越短。但這次情況并不是這樣，這個重介子的壽命比其家族中較輕介子的壽命長3倍。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）物理學(xué)家、SELEX實驗的發(fā)言人James Russ說：“強(qiáng)衰變應(yīng)遵循粒子越重衰變越快的規(guī)則，如同所有其它粒子一樣。而正是這點使沒有遵循此規(guī)則的新粒子變得非常有趣?！?/FONT>
SELEX實驗的副發(fā)言人、費米實驗室的Peter Cooper稱這種反常的發(fā)生無法想象。“這一介子如按強(qiáng)相互作用的正常規(guī)則而發(fā)生作用的話，它應(yīng)該很快衰變，我們永遠(yuǎn)都不會看到。”
另外一個反常是，SELEX實驗還看到這個新的介子常常比預(yù)期約高6倍的次數(shù)衰變成η粒子（介子家族中一個更為稀少的成員，但已經(jīng)過很好研究）而不是衰變成預(yù)期稱為K介子的粒子。
“這就象一個水桶，低部有一個大洞和一個小洞，” Russ教授說?！耙蚰撤N原因，水從小洞流出比從大洞流出的速度快6倍，某種非同尋常的事情必然在桶內(nèi)發(fā)生?！?/FONT>
 新介子首次被觀測到擴(kuò)展了人們對強(qiáng)力在原子核內(nèi)部作用方式的認(rèn)識。防止原子核飛散的同一強(qiáng)力還控制粒子的衰變速率。這個新的介子為什么破壞其它介子具有高度可預(yù)測性的衰變模型呢？可能還有多少其它的模型呢？
介子往往是屬于短壽命的家族。它們的壽命很短，出現(xiàn)時表現(xiàn)為一定的質(zhì)量范圍--粒子物理學(xué)家們稱為粒子的“寬度”。這個非同尋常的效應(yīng)--因粒子壽命很短質(zhì)量不確定--是海森堡（Heisenberg）測不準(zhǔn)原理的一個直接結(jié)果。
介子由被強(qiáng)力組合在一起的夸克和反夸克組成。大質(zhì)量夸克如粲夸克與輕夸克（本情況指奇異夸克）的組合提供了一個特別有趣的實驗室，可以對強(qiáng)力進(jìn)行研究。在重-輕介子中，夸克的運動比在其它介子中簡單--重夸克靜止不動，物理學(xué)家只需跟蹤完成這一系統(tǒng)的較輕夸克的運動。
“這個新的粒子表明可能偏離多數(shù)介子預(yù)期走的軌道，”費米國家實驗室理論物理學(xué)家Christopher Hill 肯定地說道?！斑@表明強(qiáng)力某一有趣的新的動態(tài)方面在工作，它打開了費米國家實驗室和世界將來進(jìn)行許多探索的大門?！?/FONT>
SELEX合作組成員的發(fā)現(xiàn)采用了世界上最高能量粒子加速器，即費米國家實驗室TEV能級加速器上開展的固定靶實驗的數(shù)據(jù)。SELEX實驗旨在研究質(zhì)子與銅和金剛石固體靶對撞的結(jié)果。1997年SELEX實驗停止取數(shù)據(jù)，延伸的分析表明這個新的粒子潛藏在他們?nèi)〉臄?shù)據(jù)里。（上圖為SELEX的實驗布局）
2003年春，三臺不同的正負(fù)電子對撞機(jī)上的實驗，即SLAC的BABAR實驗、康乃爾大學(xué)的CLEO實驗和KEK的BELLE實驗宣布發(fā)現(xiàn)新的一對粲-奇異介子。這些介子在理論上曾預(yù)言過，但它們的特性與理論不符。它們的質(zhì)量很低，低到不能按它們喜歡的方式衰變，所以它們的壽命很長。（右圖為SELEX探測器）
這一新的發(fā)現(xiàn)在2003年宣布后，SELEX合作組開始重新審查自己的結(jié)果，尋找更多的η，粒子并確定它們是否存在于更多有趣的組合中。但任何結(jié)果在被認(rèn)為確鑿之前，合作組必須證明它十分了解獨特的光子探測器，以證實那種類型數(shù)據(jù)的可靠性。SELEX合作組中的幾位俄羅斯合作者對他們建造的探測器進(jìn)行了艱苦的測試，證明性能良好。
 SELEX合作組的發(fā)現(xiàn)，對介子行為的傳統(tǒng)預(yù)言又增加了另外一個反常。已知重-輕介子的對稱預(yù)言其它正在進(jìn)行的實驗如BABAR、CLEO和BELLE以及費米實驗室的FOCUS實驗，都將能夠在他們的數(shù)據(jù)中看到這個粒子和其它各種伴粒子，進(jìn)一步增加對強(qiáng)力的認(rèn)識，豐富SELEX的結(jié)果。
合作組已經(jīng)向物理評論快報提交了一篇描寫結(jié)果的論文，題目是《首次觀測窄粲-奇異介子DsJ+(2632)->Ds(eta)+ 和D0K+》。
用粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)衡量，SELEX實驗是一項相對小的實驗，由來自世界約21 家機(jī)構(gòu)的125名物理學(xué)家組成，其中包括美國6家、俄羅斯4家、南美3家、意大利2家以及土耳其、德國、墨西哥、英國、以色列和中國各1家。（左圖為合作組的部分成員）
高能所科研處制作 內(nèi)容由侯儒成譯自美國費米國家實驗室網(wǎng) |
