在追求科學真理的慢慢過程中，最令人驚喜的往往是發現了一些新的東西：那些目前最好的理論沒有預測到的新東西。我們知道歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）在尋找超越粒子物理學中標準模型的基本粒子，包括超對稱、人工色、多維度等理論預測的新粒子。雖然沒有找到這些理論預言的新粒子，最近LHC卻發現了一族的四夸克態。那么問題來了：
“這些粒子是不是新的粒子類型？為什么主流的媒體都沒有報道相關新聞？目前有沒有相關的理論解釋四態夸克？這對于標準模型意味著什么？”
標準模型中的所有粒子：夸克、輕子、反夸克、反輕子和玻色子。（E.Siegel）
在宇宙中，我們已知的粒子（上圖）包括：
夸克，構成質子和中子的基本粒子（它們又構成了萬物）；
輕子，包括電子和最輕的中微子；
反夸克和反輕子，上面兩種粒子相應的反粒子；
光子，組成光的粒子；
膠子，它們把夸克束縛在一起并傳遞強相互作用；
我們還有質量較大的規范玻色子，包括W?、W?和Z?，它們傳遞弱相互作用，跟放射性衰變相關；
以及希格斯玻色子。
LHC的最主要目標就是尋找希格斯玻色子，而且在幾年前LHC不負眾望的找到了它，為標準模型填補了最后一塊拼圖。在那之后，物理學家又把希望寄托于LHC上，希望它能夠尋找到超越標準模型的新粒子。我們希望它能夠在更高的能量中找到理論物理學中一些最大未解之謎的一些線索。這些問題包括暗物質之謎和宇宙中物質-反物質的不對稱等等。找到一個新的粒子就可以告訴我們現有的哪個理論是對的，又或者我們需要一個全新的理論。
目前，最接近發現新粒子的信號是來自ATLAS和CMS兩個實驗小組稍早前的實驗結果。它們分別在兩個高能光子信號中意外的發現，在750GeV的能量附近似乎暗示著另一個新粒子，這個粒子的質量要比希格斯玻色子大出6倍。由于顯著比沒有達到科學發現（5倍的標準差才可以確定是科學發現），因此只是疑似信號。關于該粒子有興趣的讀者可以戳《如果CERN發現了新粒子意味著什么？》。至于該粒子的真實性還有待進一步驗證，相信不久后就能知道結果。
ATLAS和CMS都在~750GeV看到了雙光子信號，或許暗示著一個超越標準模型的新粒子。（CERN,CMS/ATLAS）
取而代之的是LHCb宣布發現了四夸克態。這些并不是額外或超越標準模型的新粒子，它們也不是什么新的基本力或相互作用，更不會解決任何目前理論物理面對的難題。他們只是現有粒子的一種新的組合。
夸克和膠子都是色荷粒子，夸克的顏色可以是下面三者中的一種：紅、藍、綠；反夸克則為青、洋紅和黃（這邊提到的“色荷”和可見顏色沒有沒有任何關系，它只是物理學家所發展出的數學系統，以解釋所觀察到在強子中的夸克而命名的。）。膠子在夸克之間交換并傳遞強核力，而且它們會改變夸克的顏色。這里有一條基本規則：任何夸克或反夸克的組合都必須的無色的。所以我們有：
三個夸克：紅+綠+藍=無色，
三個反夸克：青+洋紅+黃=無色，
或者是夸克和反夸克組合：紅+青=無色。
三個夸克的組合即為重子，我們熟知的質子和中子就屬于重子。三個反夸克的組合就是反重子，包括反質子和反中子。而夸克和反夸克的組合被稱為介子，用來傳遞原子核之間的力。π介子，K中介子，粲素都屬于介子。
以上就是最常見的組合，但為什么我們不能有其它的無色組合？為什么不可以有像：
兩個夸克和兩個反夸克組成的四夸克態？
或者四個夸克和一個反夸克組成的五夸克態？
又或者是五個夸克和兩個反夸克組成的七夸克態？
這些組合不僅是有可能存在的，其實，標準模型預言了它們的存在。這是量子色動力學（QCD）——描述強相互作用的理論——的自然結果。
（2003年，參與日本貝爾實驗的科學家們首次發現了一種質量為3872MeV/c2的粒子，被列為四夸克粒子的候選者。之后貝爾實驗和費米實驗都相繼發現了一些四夸克粒子的候選。直到2013年，貝爾實驗室和在中國的BES III實驗第一次確認了四夸克粒子的存在。）
在2014年的時候在CERN的科學家也發現了由四個夸克組成的粒子，稱為四夸克態。而去年的時候，同一個團隊發現了五夸克態，有興趣的讀者可以戳：《向麥克老人五呼夸克！》。
LHCb在2015年發現了五夸克態，圖中尖峰凸起的位置就代表了五夸克態。（CERN/LHCb）
現在LHCb的科學家以5個標準差（這意味著某一信號是假信號的可能性低于350萬分之一）確定了他們稍早前的發現，該粒子被命名為X(4140)，這代表了它的質量為4140MeV/c2。同時，這次新發現的三個四夸克態粒子分別為：X(4274)，X(4500)和X(4700)。如果對該實驗結果有興趣的讀者可以搜索他們發表的兩篇論文：arXiv:1606.07895和arXiv:1606.07898。
LHCb中的巨大磁鐵。（CERN/LHCb）
有趣的是，這四個新粒子都是由相同的一群夸克組成：一個粲夸克、一個反粲夸克、一個奇異夸克和一個反奇異夸克組成的，這是首次發現四夸克態中沒有輕夸克（上和下夸克）。這就好像是一個原子中的一個電子可以有很多不同的態，這些夸克各自都有自己內在的構造，意味著這些粒子會有不同的量子數，包括質量、自旋、宇稱和電荷共軛。經過對比所有已知的粒子，物理學家確定這些粒子都不是標準模型預測的普通強子，它們的確是四夸克態。
在上圖中我們可以看到，這些粒子在一些衰變中存在于中間階段（Y），它們都是轉瞬即逝的。根據標準模型，這完全是被允許的，但是這樣的過程是非常罕見的，所以我們能夠探測到它們其實本身就是一件非常了不起的事情。
通過對這些粒子的研究，物理學家可以了解大質量夸克之間是如何相互作用的。物理學家可以在更高的精度上驗證量子色動力學的正確性。如果這些預測的夸克、反夸克和膠子的態不能夠出現，那么QCD或許在某些地方就是不正確的，那我們就需要超越粒子標準模型的理論。找到這些不同的態只是第一步，而真正的去理解它們為什么會結合在一起以及現有的物理如何去解釋越來越復雜的系統才是接下來要做的事。就像所有其它的發現一樣，我們無法在一開始就意識到這些發現究竟會對我們的未來產生什么影響，而時間往往能讓我們最終得到回報。
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