难以捉摸的“三角形奇点”的第一个迹象显示 粒子在飞行中交换身份

　　物理学家筛选旧的粒子加速器数据，发现了一个高度难以捉摸、前所未见的过程的证据：所谓的三角形奇点。

　　由俄罗斯物理学家列夫·兰道 （Lev Landau） 在 1950 年代首次设想的三角形奇点是指一种罕见的亚原子过程，其中粒子在彼此飞离之前交换身份。在这种情况下，两个粒子——称为 kaons，形成三角形的两个角，而它们交换的粒子形成三角形上的第三个点。

　　波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的研究合著者伯恩哈德·凯泽在一份声明中说： “这些粒子在这个过程中交换了夸克并改变了它们的身份。”

　　它被称为奇点是因为，描述亚原子粒子相互作用的数学方法已经失效。

　　如果这种奇异的粒子身份交换真的发生了，它可以帮助物理学家理解将原子核结合在一起的强力。

　　2015 年，在瑞士欧洲核子研究中心研究粒子碰撞的物理学家认为，他们瞥见了一种短命的奇异粒子集合，称为四夸克。但新研究倾向于不同的解释——甚至更奇怪。一对粒子并没有形成新的分组，而是在飞离之前交换了身份。这种身份交换被称为三角形奇点，这个实验可能出人意料地提供了该过程的第一个证据。

　　欧洲核子研究中心的 COMPASS（用于结构和光谱的通用介子和质子装置）实验研究强力。虽然力的工作非常简单（将质子和中子粘合在一起），但力本身却复杂得令人眼花缭乱，物理学家很难完全描述它在所有相互作用中的行为。

　　因此，为了理解这种强大的力量，COMPASS 的科学家们在称为超级质子同步加速器的加速器内以超高能量将粒子粉碎在一起。然后，他们观察会发生什么。

　　它们从一个π介子开始，它由两个基本构件组成，一个夸克和一个反夸克。强大的力量使夸克和反夸克在介子内粘合在一起。与自然的其他基本力不同，随着距离变弱，夸克离得越远，强力越强（想象一下用橡皮筋连接的介子中的夸克——你拉得越远，它就越难）。

　　接下来，科学家们将该介子加速到接近光速并将其撞击成一个氢原子。碰撞打破了夸克之间的强力键，释放了所有被压抑的能量。“这会转化为物质，从而产生新的粒子。”Ketzer 说。“因此，像这样的实验为我们提供了有关强相互作用的重要信息。”

　　四个夸克还是一个三角形？

　　早在 2015 年，COMPASS 就分析了创纪录的 5000 万次此类碰撞，并发现了一个有趣的信号。在这些碰撞之后，出现新粒子的概率不到 1％。他们将粒子命名为“a1（1420）”，最初认为它是由四个夸克组成的新组合——四夸克。然而，那个四夸克是不稳定的，所以它随后衰变成了其他东西。

　　夸克通常以三个为一组（由质子和中子组成）或成对出现（例如介子），所以这是一个大问题。一组四个夸克确实是一个罕见的发现。

　　但 8 月发表在《物理评论快报》杂志上的新分析提供了更奇怪的解释。

　　所有这些π介子碰撞并没有简单地产生一个新的四夸克，而是产生了一些意想不到的东西：传说中的三角形奇点。

　　这是新分析背后的研究人员认为正在发生的事情。π介子撞击氢原子并分裂，所有强力能量产生大量新粒子。其中一些粒子是 kaons，这是另一种夸克-反夸克对。极少数情况下，当两个 kaons 被生产出来时，它们会开始分道扬镳。最终，这些 kaons 会衰变成其他更稳定的粒子。但在他们这样做之前，他们相互交换了一个夸克，在这个过程中改变了自己。

　　正是模拟四夸克信号的两个 kaons 之间短暂的夸克交换。

　　“所涉及的粒子在这个过程中交换了夸克并改变了它们的身份。”Ketzer 说，他也是跨学科研究领域“物质和基本相互作用的构建块”（TRA 物质）的成员。“由此产生的信号看起来与四夸克的信号完全一样。”

　　如果你绘制初始碰撞后单个粒子的路径，这对 kaons 形成两条腿，交换的粒子在它们之间形成三分之一，使图中出现一个三角形，因此得名。

　　半个多世纪以来，物理学家一直在预测三角形奇点，但这是任何实验中最接近实际观察的实验。涉及三角形奇点的过程的新模型比四夸克模型具有更少的参数，并且对数据提供了更好的拟合。但这并不是决定性的，因为原始四夸克模型仍然可以解释数据。

　　尽管如此，这是一个有趣的想法。如果它成立，这将是对强核力的有力探索，因为三角形奇点的出现是我们对这种力的理解的预测，但尚未得到充分检验。