几十年来，物理学家们一直煞费苦心地整理他们不断增加的亚原子粒子收藏，结果却有一些新来者拒绝整齐地坐在指定的盒子里。美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器实验室的研究人员现在发现了两种意想不到的结构，可能有助于理清一些混乱。

这些信号可能有助于阐明XYZ态——一组令人困惑的物体，它们不符合由夸克（物质的基本组成部分）构成的粒子的传统图像。杰斐逊实验室的研究人员首次在高能光子束撞击质子靶时探测到两个这样的信号。

这些发现来自杰斐逊实验室D实验厅的胶子激发（GlueX）合作项目，最近发表在《物理评论快报》上。这些结果可能有助于科学家理解自然界的一种基本力如何有助于形成物质。

“我们用光子束去寻找一个已确认的XYZ候选者，但反而发现了另外两种结构，”杰斐逊实验室的科学家马尔特·阿尔布雷希特说。“这是新信息。”翻译：他们瞄准了一种奇异粒子，却意外发现了另外两种，这要么是巨大的胜利，要么是宇宙的恶作剧。

自20世纪50年代以来，高能碰撞实验一直在发掘一个名副其实的亚原子粒子动物园，称为强子，它们是由两个或更多夸克通过强力核力束缚在一起的复合粒子。熟悉的例子包括质子和中子，每个包含三个夸克（尽管这些早已为人所知）。在新来者中，有短寿命的粒子，称为介子，通常是一个夸克与其反物质对应物反夸克配对。

1964年，物理学家引入了夸克模型来对这些束缚态施加秩序。最早的版本有三种夸克“味”：上、下和奇。例如，上夸克和下夸克形成质子和中子；上、下和奇是三种最轻的夸克类型。然后，在1974年，更重的粲夸克出现，打乱了局面——但也帮助建立了后来成为标准模型的框架，这是描述基本粒子和基本力的广泛理论，同时扩展了已知的强子结构谱。

随着加速器变得更强大，探测器更灵敏，研究人员开始看到更微妙的过程。2000年后，实验开始揭示具有不符合原始夸克模型的量子性质的强子。发现堆积得太快，物理学家们给许多这些了解甚少的粒子贴上了XYZ态的标签。

“我们正处于一个新时代，类似于七十多年前，”来自德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心和法兰克福大学的杰斐逊实验室合作者弗兰克·内尔林说。“首先，发现了一个强子动物园。现在，我们面临着一个所谓的奇异态动物园。”

含有粲夸克及其反粲伙伴的强子占据了一个称为粲偶素的质量区域；含有奇异和反奇异夸克的粒子填充奇异偶素。许多XYZ态在这些区域中被发现。2006年，在能源部SLAC国家加速器实验室的BaBar实验的研究人员报告了一个可能的奇异偶素态，质量约为21.6亿电子伏特（2.16 GeV），将其命名为Y(2175)。BaBar通过碰撞电子和正电子（e+e-湮灭）产生了Y(2175)。Y(2175)显示出可能难以解释为普通夸克-反夸克对的量子行为——它可能是一个混合态，涉及两个奇异夸克和受激胶子（强力的载体），一个四夸克态，或其他复合粒子的分子状组合。

后来的正负电子对撞机实验（中国的BES，日本的Belle）证实了Y(2175)，但直到现在，它还没有通过除e+e-湮灭以外的任何过程被看到。“挑战在于你有很多