超级计算机预测六夸克粒子存在

2021年12月14日 09:53 次阅读 稿源:科技日报 条评论

日本理化学研究所(RIKEN)的科学家在最新一期《物理评论快报》杂志撰文称,他们利用超级计算机,预测了一种由六个夸克组成的奇异粒子的存在,最新研究有望加深科学家们对夸克如何结合形成原子核的理解。

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夸克是科学家们认为不能再分割的一种基本粒子,目前已知的夸克包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、底夸克和顶夸克六种。由夸克组成的复合粒子被称为强子。强子包括重子(由三个夸克组成,如质子和中子等)和介子(由正反夸克对组成)。

一直以来,科学家们都在思考是否存在包含两个重子的系统(双重子系统)。自然界中仅有一个双重子系统存在——氘核,氘核是由一个质子和一个中子组成的氢原子核。此外,在核物理实验中,人们曾对其他双重子系统“惊鸿一瞥”,但它们很快湮灭。

RIKEN跨学科理论和数学科学项目的杉浦拓哉(音译)解释说:“虽然氘核是唯一已知的稳定双重子系统,但可能存在更多双重子系统。研究哪些重子对形成双重子系统,哪些不形成非常重要,因为这为夸克如何形成物质提供了有价值的见解。”

现在,通过计算两个重子(都由三个粲夸克组成)之间的作用力,杉浦拓哉及其同事预测了一种名为粲di-Omega的六夸克粒子的存在。

量子色动力学是描述夸克之间相互作用的成功理论。但重子中夸克之间的强耦合作用使量子色动力学计算起来非常复杂,再加上重子的束缚态,计算变得更加复杂。在最新研究中,科学家们通过大规模数值计算解决了量子色动力学问题。此外,由于计算涉及大量变量,他们使用了两台功能强大的超级计算机:K和北斋,大大减少了计算的成本和时间。

尽管计算复杂,但粲di-Omega是研究重子相互作用的最简单系统。杉浦拓哉团队现在正在使用日本功能最强大的超级计算机“富岳”研究其他粲强子,希望借此揭示夸克如何结合形成粒子的奥秘,以及什么样的粒子可以存在。

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