粒子物理学中,四夸克态是一种由四个夸克形成的假想介子,是由两个夸克和两个反夸克组成的。原则上,现代强相互作用理论量子色动力学允许四夸克态的存在。然而,至今为止还没有任何确认的报道发现了四夸克态。任何关于四夸克态的发现可以证明奇异强子的存在,这是依据夸克模型分类的例外。
四个夸克半夸克组合存在很多种可能的结构方式,紧凑的四夸克态(Tetraquark),介子分子态(Meson molecule),双夸克偶素(Diquark-onium,正夸克对与反夸克对的束缚态),强子夸克偶素(Hadro-quarkonium),夸克偶素伴随介子(Quarkonium adjoint Meson),具体方式还需深入研究。
研究
2003年,日本的Belle实验发现一种暂时称作X(3872),被列为四夸克态的候选者,[1] 这和原先的推测相符。[2]X是一个暂时的名称,表示它的性质仍需要进一步实验来测定。后面的那个数字表示粒子的质量(用MeV表示)。
2004年,费米国立加速器实验室的SELEX实验发现了DsJ(2632),也被列为四夸克态的候选者。
2007年,日本的Belle实验发现的Z+(4430)可能为四夸克态,,其最简单的夸克结构是四夸克ccud。[3]。
2007年,日本Belle实验室又發現了可能的四夸克態Y(4660)。[4]
2009年,费米实验室宣布发现了暂时称为Y(4140)的粒子,它也可能是四夸克态。[5]
2010年,两位来自德国电子加速器的物理学家和一位来自巴基斯坦真納大學(乌尔都语:جامعہ قائداعظم)的物理学家重新分析了过去的实验数据并宣布,存在一种定义明确的四夸克态共振,它与
ϒ
(5S)介子(一种形式的底夸克偶素)有关。[6][7]
2012年,日本Belle實驗室发现2个新介子态Z+
b(10610)和Z+
b(10650),这两个介子带电荷,其最简单的夸克结构是四夸克bbud。
2013年3月,中国北京正负电子对撞机BESIII合作组发现了四夸克态粒子Zc(3900)[8][9]。一周后日本高能加速器Belle实验室发现了为同一种粒子的Z(3895)[10]。美国的研究人员采用美国康奈尔大学CLEO-c实验保存的数据证实了Z±
c(3900)和Z0
c(3900)。[11]。这种介子态的四夸克结构是ccud。
[12]
[13]。
12月,中国北京正负电子对撞机BESIII合作组宣布发现了一种Zc(3900) 新的衰变模式,并确定了其自旋-宇称量子数;在两个不同的衰变末态中发现了两个新的共振结构,分别命名为Zc(4020)和Zc(4025),它们极有可能是Zc(3900)的质量较高的伴随态;首次观测到X(3872)在Y(4260)辐射跃迁中的产生。BESIII的实验结果表明Zc(3900)与以前发现的X(3872)、Y(4260)等粒子之间可能存在着实质性的关联,应当放在统一的框架内进行理论研究,探索它们的性质。
2014年,欧洲核子研究中心(European Organization of Nuclear Research,CERN)的大型强子对撞机底夸克物理实验(Large Hadron Collider beauty Experiment)LHCb合作组在高统计量(13.9 σ)的实验数据分析中证实了Z(4430)的存在。[14]
2016年3月,费米实验室DZero团队(DØ experiment)的研究者发现了一种由底、奇、上、下四味不同夸克构成的四夸克粒子X(5568)。DZero实验是费米实验室万亿电子伏特加速器(Tevatron)的两大实验之一,Tevatron已在2011年停止运行,但有关团队仍在继续对以前碰撞产生的数十亿次事件进行分析。2015年7月,研究者首次发现了X(5568)粒子的线索。 X(5568)衰变为Bsπ±。[15] 但是,在LHCb的数据中没有这个粒子的证据,却有一个更大的样本
B0
sπ±侯选。 [16]
2016年7月,欧洲核子研究中心(CERN)的LHCb合作组宣布发现四个新的可能四夸克态,命名为X(4140),X(4274), X(4500) , X(4700),可能的结构是ccss。[17][18][19]
2020年, LHCb宣布发现一种夸克结构为cccc的四夸克态 X(6900)。[20][21]
2020年9月LHCb合作组在D*-K*+末态中观测到了一个奇特的结构,他们将这个结构拟合成了两个共振态,即X0(2900)和X1(2900),自旋宇称分别是JP=0±和JP=1-。这两个共振态都包含四种完全不同的夸克组分,即csud。这是实验上首次发现包含四个不同夸克的奇特强子态。[22]
2020年11月份,北京正负电子对撞机(BEPC)上的北京谱仪第三期(BESIII)合作组发现了第一个带有奇异数的隐粲四夸克态的候选者Zcs±(3985),推测的结构为 ccsu。[23]
2021年3月,LHCb合作组發現一種夸克結構為ccud的四夸克態Tcc+。[24]
2021年3月,LHCb合作组宣布发现四个新的奇特态强子,Zcs(4000)+、Zcs(4220)+、X(4685),X(4630)。其中X(4685),X(4630)与2016年发现4种粒子结构一样为ccss。另外两种Zcs(4000)+、Zcs(4220)+粒子的夸克结构为 ccus。[25]
2022年7月9日,在意大利举行的第41届国际高能物理大会(International Conference on High Energy Physics,ICHEP2022)上公布新的发现,LHC的CMS(Compact Muon Solenoid)合作组发现了一个可能由四个粲夸克组成的奇特强子家族,基于2016-2018年CMS采集的所有“质子-质子”对撞数据,合作组在两个粲夸克偶素(J/ψ,夸克成分为粲夸克c和反粲夸克)的不变质量谱中观测到了一个新的粒子家族,该家族中的三个共振峰依据质量被暂时命名为X(6600)、X(6900)和X(7300),这三个粒子可能由四个同味重夸克组成。其中X(6600)和X(7300)粒子是首次被观测到,同时,CMS的结果确认了LHCb两年前发现的X(6900)的存在[26]。ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS)合作组发现了四粲夸克事例超出的证据。在该分析中,研究人员利用全部Run-2数据研究了末态为四个缪子、通过双J/ψ和J/ψ+ψ(2S)两个道衰变的事例。ATLAS在双J/ψ质谱中发现数据明显超过总背景,能看到一个X(6900)质量峰和接近阈值处的一个宽结构。考虑干涉效应,可以拟合出质量分别位于6.22 GeV,6.62 GeV和6.87 GeV的三个共振态。另在J/ψ+ψ(2S)道中也看到两个显著的共振峰[27]。
2022年7月,LHCb合作组发现三个新奇特态粒子:一个新型“五夸克态”强子和两个互为伴随态的新型“四夸克态”强子。其中,两个“四夸克态”强子一个带有两个电荷,另一个为电中性。它们的内部结构很奇特:包含了四种不同类型的夸克成份,质量约为质子质量的3.1倍。夸克結構為 csud 和 csud的新粒子。[28]
XYZ新强子态
对于这些新发现的含粲偶素(cc)的新强子態,研究者用
、
、
分別命名
:中性含粲偶素强子態,除(1−−)的矢量介子外
:中性含粲偶素强子態,(1−−)矢量介子
:带电含粲偶素强子態,
参见
参考文献
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外部链接