杰斐逊实验室的CEBAF大型验收光谱仪在实验厅B.图片来源：美国能源部杰斐逊实验室在对实验数据的独特分析中，核物理学家首次观察了λ粒子，即所谓的“奇异物质”，是如何通过称为半包容性深度非弹性散射（SIDIS）的特定过程产生的。

更重要的是，这些数据暗示质子，夸克和胶子的构建块能够成对穿过原子核，称为双夸克，至少在部分时间这些结果来自美国能源部托马斯杰斐逊国家加速器设施进行的一项实验这是一个已经酝酿了几十年的结果该数据集最初是在 2004 年收集的。

Lamiaa El Fassi现在是密西西比州立大学物理学副教授，也是这项工作的首席研究员，她在论文项目中首先分析了这些数据，以获得不同主题的研究生学位在用这些数据完成初步研究近十年后，El Fassi重新审视了数据集，并带领她的团队进行了仔细分析，得出了这些前所未有的测量结果。

该数据集来自杰斐逊实验室连续电子束加速器设施（CEBAF）的实验，CEBAF是美国能源部用户设施在实验中，核物理学家追踪了当来自CEBAF的电子从目标原子核散射并探测质子和中子内部的受限夸克时会发生什么。

研究结果最近发表在《物理评论快报》上“这些研究有助于建立一个类似于电影的故事，讲述被击中的夸克如何变成强子在一篇新论文中，我们报告了对前向和后向碎裂区域中λ重子的首次研究观察，“El Fassi说 像λ一样进去，像介子一样出来

像更熟悉的质子和中子一样，每个λ由三个夸克组成与只包含上下夸克混合物的质子和中子不同，λ包含一个上夸克，一个下夸克和一个奇夸克物理学家将含有奇夸克的物质称为“奇异物质”在这项工作中，El Fassi和她的同事研究了这些奇怪物质的粒子是如何从普通物质的碰撞中形成的。

为此，他们将CEBAF的电子束射向不同的目标，包括碳，铁和铅当来自CEBAF的高能电子到达其中一个目标时，它会分解目标原子核中的一个质子或中子“因为质子或中子完全被分解，所以毫无疑问电子与内部的夸克相互作用，”El Fassi说。

在电子通过交换的虚拟光子与一个或多个夸克相互作用后，“被击中”的夸克开始在介质中作为自由粒子移动，通常与它遇到的其他夸克结合，形成一个新的复合粒子，因为它们在原子核中传播有时，这种复合粒子将是λ但λ是短暂的——形成后，它会迅速衰变成另外两个粒子：介子和质子或中子。

为了测量这些短暂产生的λ粒子的不同性质，物理学家必须检测其两个子粒子，以及从目标原子核散射的束电子收集这些数据的实验EG2使用了杰斐逊实验室实验大厅B中的CEBAF大型接受光谱仪（CLAS）探测器这些最近发表的结果，“电流和目标碎裂区域中原子核λ电产的首次测量”是CLAS合作的一部分，该合作涉及全球近200名物理学家。

西迪斯 这项工作是第一个使用这种方法测量λ的工作，该过程被称为半包容性深度非弹性散射，在前向和后向碎片区域中用这种方法研究λ粒子比较困难，因为粒子衰变得太快，无法直接测量“这类测量以前只在质子上进行过，并且在更轻，更稳定的粒子上进行过，”共同作者，费德里科圣玛丽亚技术大学物理学教授，EG2实验的联合发言人William Brooks说。

分析非常具有挑战性，El Fassi和她的团队花了几年时间重新分析数据并提取这些结果正是她的论文导师Kawtar Hafidi鼓励她从这些数据集中继续研究lambda“我要赞扬Lamiaa的辛勤工作和毅力，致力于她多年的职业生涯，”阿贡国家实验室物理科学和工程副实验室主任兼EG2实验联合发言人Hafidi说。

“没有她，这项工作就不会有成果“这并不容易，”El Fassi说“这是一个漫长而耗时的过程，但值得付出努力当你花这么多年的时间做某件事时，看到它发表的感觉很好El Fassi在她自己还是博士后时就开始了这种lambda分析，几年前她成为密西西比州立大学的助理教授。

在此过程中，她在密西西比州立大学的几位博士后帮助提取了这些结果，包括合著者Taya Chetry“我很高兴看到这项工作被发表，”切特里说，他现在是佛罗里达国际大学的博士后研究员 二对一 这种密集分析的一个显着发现改变了物理学家理解粒子碰撞后λ如何形成的方式。

在使用半包容性深非弹性散射来研究其他粒子的类似研究中，感兴趣的粒子通常是在单个夸克被电子束和目标原子核之间交换的虚拟光子“撞击”后形成的但 lambda 在 CLAS 检测器中留下的信号表明，这是一个更打包的交易。

作者的分析表明，当形成λ时，虚拟光子在部分时间被一对夸克吸收，称为双夸克，而不仅仅是一个夸克在被“击中”之后，这个双夸克继续找到一个奇怪的夸克并形成λ“这种夸克对表明了与单夸克相互作用不同的产生和相互作用机制，”哈菲迪说。

更好地了解不同粒子如何形成有助于物理学家破译强相互作用，这是将这些含夸克粒子结合在一起的基本力这种相互作用的动力学非常复杂，用于描述它的理论也是如此：量子色动力学（QCD）将测量结果与QCD预测的模型进行比较，物理学家可以测试这一理论。

由于双夸克的发现与模型当前的预测不同，因此表明模型的某些内容是错误的“有一种未知的成分我们不明白这是非常令人惊讶的，因为现有的理论基本上可以描述所有其他观察结果，但不能描述这个，“布鲁克斯说“这意味着有一些新的东西需要学习，目前，我们不知道它可能是什么。

为了找到答案，他们需要更多的测量EG2的数据是在CEBAF的6 GeV时代用5.014 GeV（十亿电子伏特）电子束收集的未来的实验将使用来自更新的CEBAF的电子束，现在实验大厅B的电子束扩展到11 GeV，以及更新的CLAS探测器CLAS12，以继续研究各种粒子的形成，包括λ，具有更高能量的电子。

美国能源部布鲁克海文国家实验室即将推出的电子离子对撞机（EIC）也将提供一个新的机会，继续以更高的精度研究核子的这种奇怪物质和夸克对结构“这些结果为即将到来的CLAS12和计划的EIC实验即将进行的研究奠定了基础，人们可以更详细地研究偶夸克散射，”Chetry说。

El Fassi也是CLAS12测量夸克传播和强子形成的联合发言人当新实验的数据最终准备就绪时，物理学家将把它与QCD预测进行比较，以进一步完善这一理论“任何能够为理解强相互作用的动态提供新信息的新测量都非常重要，”她说。

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