粒子物理學中,四夸克態是一種由四個夸克形成的假想介子,是由兩個夸克和兩個反夸克組成的。原則上,現代強相互作用理論量子色動力學允許四夸克態的存在。然而,至今為止還沒有任何確認的報道發現了四夸克態。任何關於四夸克態的發現可以證明奇異強子的存在,這是依據夸克模型分類的例外。

四個夸克半夸克組合存在很多種可能的結構方式,緊湊的四夸克態(Tetraquark),介子分子態(Meson molecule),雙夸克偶素(Diquark-onium,正夸克對與反夸克對的束縛態),強子夸克偶素(Hadro-quarkonium),夸克偶素伴隨介子(Quarkonium adjoint Meson),具體方式還需深入研究。

研究

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2003年,日本的Belle實驗發現一種暫時稱作X(3872),被列為四夸克態的候選者,[1] 這和原先的推測相符。[2]X是一個暫時的名稱,表示它的性質仍需要進一步實驗來測定。後面的那個數字表示粒子的質量(用MeV表示)。

2004年,費米國立加速器實驗室的SELEX實驗發現了DsJ(2632),也被列為四夸克態的候選者。

2007年,日本的Belle實驗發現的Z+(4430)可能為四夸克態,,其最簡單的夸克結構是四夸克ccud[3]

2007年,日本Belle實驗室又發現了可能的四夸克態Y(4660)[4]

2009年,費米實驗室宣布發現了暫時稱為Y(4140)的粒子,它也可能是四夸克態。[5]

2010年,兩位來自德國電子加速器的物理學家和一位來自巴基斯坦真納大學烏爾都語جامعہ قائداعظم‎‎)的物理學家重新分析了過去的實驗數據並宣布,存在一種定義明確的四夸克態共振,它與
ϒ
(5S)介子
(一種形式的底夸克偶素)有關。[6][7]

2012年,日本Belle實驗室發現2個新介子態Z+
b
(10610)和Z+
b
(10650),這兩個介子帶電荷,其最簡單的夸克結構是四夸克bbud

2013年3月,中國北京正負電子對撞機BESIII合作組發現了四夸克態粒子Zc(3900)[8][9]。一周後日本高能加速器Belle實驗室發現了為同一種粒子的Z(3895)[10]。美國的研究人員採用美國康奈爾大學CLEO-c實驗保存的數據證實了Z±
c
(3900)和Z0
c
(3900)。[11]。這種介子態的四夸克結構是ccud[12] [13]。 12月,中國北京正負電子對撞機BESIII合作組宣布發現了一種Zc(3900) 新的衰變模式,並確定了其自旋-宇稱量子數;在兩個不同的衰變末態中發現了兩個新的共振結構,分別命名為Zc(4020)和Zc(4025),它們極有可能是Zc(3900)的質量較高的伴隨態;首次觀測到X(3872)Y(4260)輻射躍遷中的產生。BESIII的實驗結果表明Zc(3900)與以前發現的X(3872)Y(4260)等粒子之間可能存在着實質性的關聯,應當放在統一的框架內進行理論研究,探索它們的性質。

2014年,歐洲核子研究中心(European Organization of Nuclear Research,CERN)的大型強子對撞機底夸克物理實驗(Large Hadron Collider beauty Experiment)LHCb合作組在高統計量(13.9 σ)的實驗數據分析中證實了Z(4430)的存在。[14]

2016年3月,費米實驗室DZero團隊(DØ experiment)的研究者發現了一種由底、奇、上、下四味不同夸克構成的四夸克粒子X(5568)。DZero實驗是費米實驗室萬億電子伏特加速器(Tevatron)的兩大實驗之一,Tevatron已在2011年停止運行,但有關團隊仍在繼續對以前碰撞產生的數十億次事件進行分析。2015年7月,研究者首次發現了X(5568)粒子的線索。 X(5568)衰變為Bsπ±[15] 但是,在LHCb的數據中沒有這個粒子的證據,卻有一個更大的樣本
B0
s
π±侯選。 [16]

2016年7月,歐洲核子研究中心(CERN)的LHCb合作組宣布發現四個新的可能四夸克態,命名為X(4140),X(4274), X(4500) , X(4700),可能的結構是ccss[17][18][19]

2020年, LHCb宣布發現一種夸克結構為cccc的四夸克態 X(6900)。[20][21]

2020年9月LHCb合作組在D*-K*+末態中觀測到了一個奇特的結構,他們將這個結構擬合成了兩個共振態,即X0(2900)和X1(2900),自旋宇稱分別是JP=0±JP=1-。這兩個共振態都包含四種完全不同的夸克組分,即csud。這是實驗上首次發現包含四個不同夸克的奇特強子態。[22]

2020年11月份,北京正負電子對撞機(BEPC)上的北京譜儀第三期(BESIII)合作組發現了第一個帶有奇異數的隱粲四夸克態的候選者Zcs±(3985),推測的結構為 ccsu[23]

2021年3月,LHCb合作組發現一種夸克結構為ccud的四夸克態Tcc+[24]

2021年3月,LHCb合作組宣布發現四個新的奇特態強子,Zcs(4000)+、Zcs(4220)+、X(4685),X(4630)。其中X(4685),X(4630)與2016年發現4種粒子結構一樣為ccss。另外兩種Zcs(4000)+、Zcs(4220)+粒子的夸克結構為 ccus[25]

2022年7月9日,在意大利舉行的第41屆國際高能物理大會(International Conference on High Energy Physics,ICHEP2022)上公布新的發現,LHC的CMS(Compact Muon Solenoid)合作組發現了一個可能由四個粲夸克組成的奇特強子家族,基於2016-2018年CMS採集的所有「質子-質子」對撞數據,合作組在兩個粲夸克偶素(J/ψ,夸克成分為粲夸克c和反粲夸克)的不變質量譜中觀測到了一個新的粒子家族,該家族中的三個共振峰依據質量被暫時命名為X(6600)、X(6900)和X(7300),這三個粒子可能由四個同味重夸克組成。其中X(6600)和X(7300)粒子是首次被觀測到,同時,CMS的結果確認了LHCb兩年前發現的X(6900)的存在[26]。ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS)合作組發現了四粲夸克事例超出的證據。在該分析中,研究人員利用全部Run-2數據研究了末態為四個繆子、通過雙J/ψ和J/ψ+ψ(2S)兩個道衰變的事例。ATLAS在雙J/ψ質譜中發現數據明顯超過總背景,能看到一個X(6900)質量峰和接近閾值處的一個寬結構。考慮干涉效應,可以擬合出質量分別位於6.22 GeV,6.62 GeV和6.87 GeV的三個共振態。另在J/ψ+ψ(2S)道中也看到兩個顯著的共振峰[27]

2022年7月,LHCb合作組發現三個新奇特態粒子:一個新型「五夸克態」強子和兩個互為伴隨態的新型「四夸克態」強子。其中,兩個「四夸克態」強子一個帶有兩個電荷,另一個為電中性。它們的內部結構很奇特:包含了四種不同類型的夸克成份,質量約為質子質量的3.1倍。夸克結構為 csud 和 csud的新粒子。[28]

XYZ新強子態

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對於這些新發現的含粲偶素(cc)的新強子態,研究者用   分別命名

  •  :中性含粲偶素強子態,除(1−−)的矢量介子外
  •  :中性含粲偶素強子態,(1−−)矢量介子
  •  :帶電含粲偶素強子態,

參見

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參考文獻

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  1. ^ D. Harris. The charming case of X(3872). Symmetry Magazine. 13 April 2008 [2009-12-17]. (原始內容存檔於2017-11-15). 
  2. ^ L. Maiani, F. Piccinini, V. Riquer and A.D. Polosa. Diquark-antidiquarks with hidden or open charm and the nature of X(3872). Physical Review D. 2005, 71: 014028. Bibcode:2005PhRvD..71a4028M. arXiv:hep-ph/0412098 . doi:10.1103/PhysRevD.71.014028. 
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  6. ^ 存档副本. [2012-07-19]. (原始內容存檔於2011-11-09). 
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    c
    (3900) and evidence for the neutral Z0
    c
    (3900) in e+e-→π+π-J/ψ at √s=4170  MeV Physics Letters B
    . [2015-08-27]. (原始內容存檔於2015-09-24).
     
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    B0
    s
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      已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  16. ^ 存档副本 (PDF). [2016-03-13]. (原始內容 (PDF)存檔於2016-11-09). 
  17. ^ Announcement by LHCb. [2016-03-13]. (原始內容存檔於2013-04-29). 
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  19. ^ R. Aaij; et al. Amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays. 2016. arXiv:1606.07898  [hep-ex].  已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
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外部連結

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