超级计算机预测的奇异的六夸克粒子

一位艺术家对新预测的由两个重子组成的六夸克状态(双重子)的印象。资料来源:2021年慕拉诺惠子

据理研所的研究人员预测，一种由六种基本粒子(即夸克)组成的奇异粒子的存在，可能会加深我们对夸克如何结合形成原子核的理解。

夸克是物质的基本组成部分。原子核由质子和中子组成，而质子和中子又分别由三个夸克组成。由三个夸克组成的粒子统称为重子。

长期以来，科学家们一直在思考是否存在含有两个重子的系统，这就是所谓的低重子。自然界中只存在一种双重子——氘核，一种由质子和中子组成的氢原子核，它们之间的联系非常轻。在核物理实验中也曾瞥见过其他低重子，但它们的存在时间非常短暂。

“虽然氘核是唯一已知的稳定的双重子，但可能还存在更多的双重子，”日本理研跨学科理论和数学科学项目的Takuya Sugiura说。“研究哪些重子对形成了低重子，哪些没有，这很重要，因为这为了解夸克是如何形成物质提供了宝贵的见解。”

量子色动力学是描述夸克相互作用的一个非常成功的理论。但重子中夸克之间的强耦合使量子色动力学计算复杂化。当考虑重子的束缚态时，计算变得更加复杂。

现在，通过计算两个重子之间的作用力，每个重子包含三个粲夸克(六种夸克中的一种)，杉浦和他的同事预测了一个二重子的存在，他们称之为粲di-Omega。

在这个计算中，该团队通过大规模的数值计算解决了量子色动力学问题。由于计算涉及大量变量，他们使用了两台强大的超级计算机:K计算机和北斋超级计算机。杉浦雄一郎说:“我们非常幸运能够使用超级计算机，这大大减少了执行计算的成本和时间。”“但我们还是花了好几年的时间才预测出魅力di-Omega的存在。”

尽管计算很复杂，魅惑二omega是研究重子相互作用最简单的系统。杉浦雄一和他的团队现在正在使用Fugaku超级计算机来研究其他有魔力的强子，Fugaku是K计算机更强大的继承者。“我们对其他含有迷人夸克的粒子之间的相互作用特别感兴趣，”杉仓说。“我们希望揭示夸克如何结合形成粒子以及哪种粒子可以存在的奥秘。”

这项研究发表在《物理评论快报》上。