五夸克態

五夸克粒子是一種次原子粒子,屬於奇異強子。五夸克粒子有五個夸克。更詳細地說,是四個夸克和一個反夸克(表示他的重子數為1)。雖然物理學者預言五夸克粒子存在已很多年了,五夸克態顯然很不容易被發現。有些物理學者甚至提議,某種未知自然定律阻止五夸克粒子的出現。

2000年代,曾經有幾個實驗報告發現五夸克態的存在,但對於這些實驗所獲得的數據做重新分析,再加上對於後來完成的實驗做分析,所得到的結論是,這些先前得到的結果都是統計效應,而不是真實的共振。2015年7月13日,歐洲核子研究組織的LHCb實驗團隊報告,在底Λ粒子 (Λ)的衰變反應中,發現了五夸克態,但這結果尚未經過同行評議。2019年3月26日,LHCb宣布他们发现了新的五夸克态。2022年7月5日,LHCb又宣布他们发现了五夸克态。

在粒子物理學實驗室之外,五夸克粒子也可以在超新星形成中子星的過程中自然製成。對於五夸克粒子的研究或許可以幫助洞悉這些恆星怎樣形成,也可以讓物理學者更加了解強相對作用。

概述
夸克是一種基礎粒子,它擁有質量、電荷、色荷性質,還擁有給出夸克種類(上夸克、下夸克、奇夸克、魅夸克、頂夸克、底夸克)的風味性質。由於夸克禁閉效應,夸克從未被觀測到單獨存在。幾個夸克可以共同組成複合粒子,稱為強子。由一個夸克與一個反夸克共同組成的強子稱為介子。由三個夸克組成的強子稱為重子。物理學者知道很多關於這些普通強子的性質和行為。沒有任何理論規定禁止夸克組成奇異強子,例如,由兩個夸克與兩個反夸克組成的四夸克粒子,由四個夸克與一個反夸克組成的五夸克粒子。

物理學者尚不清楚五夸克粒子的束縛機制,可能是五個夸克緊緊地束縛在一起,也可能是一個重子與一個介子鬆鬆的束縛在一起。

歷史
理論預言
默里·蓋爾曼於1964年最早提議奇異強子存在。1979年,給出模型描述由四個夸克與一個反夸克組成的強子。。這實驗得到的結果跟1997年波利亞科夫等的理論預言相符合。

在此之後,又有九個獨立實驗發佈報告表示,觀測到與的狹窄峰值,質量在與之間,顯著性差異都超過4 σ針對這爭論,那時期有很多實驗如火如荼地進行著。

2015年LHCb結果
展示,底Λ粒子 Λ衰變為K介子K與一個五夸克粒子P。]]
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2015年7月13日,LHCb實驗團隊在Λ→J/ψKp衰變道辨識出五夸克粒子;在這衰變道裏,底Λ粒子 (Λ)衰變為一個J/ψ介子(J/ψ)、一個K介子 (K)與一個質子(p)。實驗數據顯示,有時候,底Λ粒子不會通過Λ*衰變為一個K介子 (K)與一個質子(p),而會間接地通過五夸克P;兩個被發現的居間態P(4380MeV)與P(4450MeV)在統計學的顯著性差異分別為9 σ與12 σ,總合起來為15 σ ,足夠證實這發現。更多數據分析還排除了這是由普通粒子造成的效應的可能性。LHCb實驗又觀測到兩個五夸克態都強烈地衰變為J/ψp,因此可推論其價夸克擁有兩個上夸克、一個下夸克、一個魅夸克與一個反魅夸克;標記為,它們是一種魅偶素-五夸克粒子。

LHCb的主要任務是研究物質-反物質不對稱性,而不是探索研究五夸克粒子。歐洲核子研究組織發言人表示,「我們並沒有積極地尋找它,我們意外地找到了它。」

2022年7月欧洲核子研究中心(CERN)LHCb合作组宣布发现一种新的粒子Pcs(4459)0,其夸克组分为 usdc。

應用
五夸克粒子的發現讓物理學者能夠更細緻地研究強作用力,從而助益對於量子色動力學的了解。另外,當今理論意味著,當有些非常巨大恆星塌縮時,會製成五夸克粒子,對於五夸克的研究或許可以幫助人們了解中子星的物理。

參見
*粒子列表
*奇異強子
*強子
*夸克模型
*四夸克態

註釋
參考文獻
延伸閱讀
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