存於大爆炸夸克湯的神祕短命X粒子，首從大型強子對撞機...

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作者  Emma Stein | 發布日期 2022年01月27日 15:25

在大爆炸後最初百萬分之一秒內，宇宙是一個溫度高到難以想像的夸克-膠子電漿，基本粒子以無數組合在這鍋「熱湯」裡短暫凝聚在一起。根據模型，當中有一小部分粒子隨機碰撞形成短命的「X」粒子，因神祕而未知的結構而得名，現在，麻省理工學院團隊於大型強子對撞機中首度發現夸克-膠子電漿產生X粒子的證據。

夸克-膠子電漿（quarkgluon plasma，QGP）是量子色動力學（QCD）下的物質狀態，俗稱夸克湯（quark soup），由夸克與膠子這些基本粒子組成，所處環境溫度與密度皆極高，根據粒子物理學與標準宇宙學模型，物理學家相信這種狀態存於宇宙誕生後最初20～30微秒。

在夸克-膠子電漿迅速冷卻之前，一小部分夸克與膠子相互碰撞、相黏再以不同構型分開，也就是說夸克湯裡存在各種奇奇怪怪但壽命極短的組合粒子，其中一種便稱為X粒子。

從理論上講，X粒子可能出現在由粒子加速器製造的極小夸克湯中，儘管X粒子壽命很短，但當它們衰變時會產生一陣低質量粒子。由麻省理工學院領導的團隊於是利用機器學習技術，分析了大型強子對撞機（LHC）超過130億次重離子碰撞，首度從數據中識別出可能存在約100個X粒子，它們以粒子的估計質量被命名為X（3872）。

雖然X（3872）最早在2003年就從日本的粒子對撞機Belle實驗首次發現，但當時X（3872）衰變得太快，我們完全來不及詳細觀察；現在科學家終於能確定X粒子的內部結構，與質子和中子（由3個夸克組成）不同的是，X粒子內部看起來完全不同，至少這些新粒子都是包含4個夸克的奇異粒子，可能由2個夸克和2個反夸克組成，也可能是由兩個介子鬆散結合。