“向麥克老大三呼夸克（Three quarks for Muster Mark）”。
這句話出自詹姆斯·喬伊斯小說《芬尼根的守靈夜》。1964年，當(dāng)美國物理學(xué)家默里·蓋爾曼讀到這里時(shí)，眼前豁然一亮，于是，他將自己的最新發(fā)現(xiàn)命名為 “夸克（quark）”。
蓋爾曼的發(fā)現(xiàn)認(rèn)為，質(zhì)子和中子并不是構(gòu)成物質(zhì)的最基本粒子，它們都是由3個(gè)夸克組成。同時(shí)，蓋爾曼也提到，可能存在有別于普通重子或介子的奇特強(qiáng)子態(tài)，例如五夸克態(tài)（由5個(gè)夸克組成）。
夸克模型的提出為人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)打開了一扇新的大門。在往后的半個(gè)多世紀(jì)里，世界各國的物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)上孜孜以求，希冀找到預(yù)言中的粒子。
2015年7月，歐洲核子研究中心（CERN）大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的LHCb國際合作實(shí)驗(yàn)以確定無疑的結(jié)果向世人宣布——“五夸克態(tài)”粒子的確存在。全球物理學(xué)界為之一振，這意味著，人類又發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)存在的新形式。此項(xiàng)成果入選了英國《物理世界》雜志年度物理學(xué)領(lǐng)域“十大突破”和美國《物理》雜志年度物理學(xué)領(lǐng)域“八項(xiàng)重要成果”。
探索的腳步并沒有停止。2019年3月26日，LHCb國際合作實(shí)驗(yàn)再次宣布，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的五夸克態(tài)Pc(4312)。除此之外，在利用更大的數(shù)據(jù)量研究2015年發(fā)現(xiàn)的五夸克態(tài)粒子Pc(4450)時(shí)，他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，這個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的共振態(tài)實(shí)際上是由兩個(gè)獨(dú)立的五夸克態(tài)粒子Pc(4440)和Pc(4457)疊加而成。“此次發(fā)現(xiàn)或能讓我們重新認(rèn)識(shí)強(qiáng)相互作用。”高能物理學(xué)界又一次為之振奮。
四年時(shí)間，兩次重大發(fā)現(xiàn)，以清華大學(xué)工程物理系團(tuán)隊(duì)為主的LHCb中國組成員功不可沒。夸克看不見、摸不著，從猜測(cè)到證實(shí)，本就是一場(chǎng)曠日持久的拉鋸戰(zhàn)。“新的研究利用了迄今為止LHCb探測(cè)器采集的所有數(shù)據(jù)，通過重新優(yōu)化的事例選擇條件，信號(hào)的接收效率又得到了顯著提高。這次實(shí)驗(yàn)分析的數(shù)據(jù)有效統(tǒng)計(jì)量比2015年時(shí)幾乎增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)，在低統(tǒng)計(jì)量時(shí)無法觀測(cè)到的細(xì)致結(jié)構(gòu)清晰地顯現(xiàn)出來，給予了人們新的驚喜。”五夸克態(tài)研究骨干、本次新發(fā)現(xiàn)主要完成者、清華大學(xué)工程物理系副教授張黎明表示。
被稱作粒子物理界的“夢(mèng)之隊(duì)”的歐洲核子研究中心，有著全世界最先進(jìn)的設(shè)備、最前沿的理念、最優(yōu)秀的高能物理領(lǐng)域科研人員。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）是該中心運(yùn)行的當(dāng)今世界上能量最高、規(guī)模最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的高能粒子對(duì)撞機(jī)，也是當(dāng)前世界上最大的科學(xué)裝置。在美劇《生活大爆炸》中，謝耳朵從9歲開始便夢(mèng)想著去有超一日能去看看大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。
LHCb是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的四個(gè)大型實(shí)驗(yàn)之一，合作組由18個(gè)國家79家單位的800余名物理學(xué)家組成。清華大學(xué)工程物理系副教授楊振偉曾擔(dān)任LHCb物理工作組召集人，現(xiàn)為報(bào)告人提名委員會(huì)（Speakers’ Bureau）成員。每天，楊振偉都要參加很多視頻會(huì)議，與合作組成員一起討論問題、交流進(jìn)展、協(xié)調(diào)分歧。北京與歐洲有六七個(gè)小時(shí)的時(shí)差，通常下午開完一個(gè)會(huì)，接著晚上又有一個(gè)，他常常詫異，怎么轉(zhuǎn)眼就到凌晨了？
張黎明也曾任LHCb物理工作組召集人，為了推動(dòng)研究更好地開展，通宵達(dá)旦可謂家常便飯。除此之外，團(tuán)隊(duì)還要頻繁往歐洲跑，處理遠(yuǎn)程不易處理的事情，常常周五他們還在清華，周末已身在歐洲核子研究中心，承擔(dān)合作組的監(jiān)測(cè)值班任務(wù)。常年累月，團(tuán)隊(duì)中每一個(gè)人的日程表，幾乎都是以分鐘為單位來計(jì)算的。
對(duì)于生活在柴米油鹽中的人們來說，微觀粒子看不見摸不著，很多人不太容易理解他們對(duì)高能物理的熱愛與專注。張黎明不習(xí)慣跟人解釋，因?yàn)樵谒磥恚澜缟夏苤v出來的最美故事，就是物理的奇妙探索。當(dāng)看起來困難的問題終于迎刃而解時(shí)，那種自發(fā)的喜悅感難以描述。“一旦有了這樣的經(jīng)驗(yàn)就會(huì)上癮，一輩子的癮。”張黎明被那個(gè)美妙的世界迷住了。
做探索性研究的感覺，就像是在黑夜中摸索。研究者的面前是一片迷霧曠野，不知道研究方向是否正確，不知道要花費(fèi)多少時(shí)間，甚至不知道最后能不能做得出來。“可能前面有100條路擺在我們面前，有可能你運(yùn)氣不好，試了99條都沒試出來，只剩最后一條了，就看你還有沒有勇氣去試。”合作多年，楊振偉認(rèn)為張黎明是一個(gè)很有激情的人，雖然在外人看來，他不喜言語。“能夠讓研究者經(jīng)受長年累月的困頓，需要的是像初戀時(shí)追女生時(shí)的那種真愛。怎么說呢，就是心無雜念，一定要心無雜念。”楊振偉說。
未來還會(huì)有怎樣的新發(fā)現(xiàn)？楊振偉和張黎明都充滿著期待，因?yàn)樵谒麄冄壑校@場(chǎng)通往星辰大海的征途，才剛剛開始……
