通过筛选分析大型强子对撞机（LHC）的粒子碰撞数据，研究人员得出了一个惊奇的结论 —— 紧凑型 μ 子螺线管探测器（简称 CMS）探测到，两个质子之间的单次碰撞不止能够产生一两个 J/ψ 粒子，而是达到了三个。作为粒子物理学领域的一项重大发现，这为我们了解夸克和胶子是如何在质子内部分布的打开了一扇新窗口。



三个 J/ψ 粒子衰变产生的具有两个 μ 子（红线）的质子-质子碰撞事件（图自：CMS / CERN）


SCI Tech Daily 指出：J/ψ 属于一种特殊粒子，也是首个被发现包含粲夸克（Charm Quark）。


它为伯顿·里希特（Burton Richter）和塞缪尔·丁（Samuel Ting）贡献了诺贝尔物理学奖（1976），并帮助建立了强子（hadrons）这种复合粒子的夸克模型。



2 个质子的单次碰撞，产生了一对 J/ψ 粒子的简化图例。（来自：CMS）


在 LHC 此前的 ATLAS、CMS 和 LHCb 等实验中，研究人员曾观察到一两个 J/ψ 粒子的产生。但这一回，却是我们首次见到同时三个 J/ψ 粒子。


据悉，研究人员分析了在 LHC 第二次运行期间，由 CMS 探测器收集的大量高能质子-质子碰撞数据，并着眼于 J/ψ 粒子转化的 μ 子对（比电子更重的表亲）。



2 个质子的单次碰撞，产生了三个 J/ψ 粒子的可能性。


期间，CMS 团队确定了五个单质子-质子碰撞事件的实例，且其中三个都有同时产生 J/ψ 粒子，最终结果被认定具有超过五个标准差的统计显著性。


显然，这些 3-J/ψ 事件的发生尤为罕见。作为参考，研究人员观察到的 1-J/ψ 和 2-J/ψ 事件，分别是 3-J/ψ 事件的 370 万 / 1800 倍。


CMS 物理学家 Stefanos Leontsinis 表示，这一点特别值得深入研究。预计将来的 LHC 能够收集到更大数量的 3-J/ψ 事件样本，有助于让我们对质子的微观内部结构有更进一步的了解。