五夸克態

title: 概述.
content: 夸克是一种基础粒子,它拥有质量、电荷、色荷性质,还拥有给出夸克种类(上夸克、下夸克、奇夸克、魅夸克、顶夸克、底夸克)的风味性质。由于夸克禁闭效应,夸克从未被观测到单独存在。几个夸克可以共同组成复合粒子,称为强子。由一个夸克与一个反夸克共同组成的强子称为介子。由三个夸克组成的强子称为重子。物理学者知道很多关于这些普通强子的性质和行为。没有任何理论规定禁止夸克组成奇异强子,例如,由两个夸克与两个反夸克组成的四夸克粒子,由四个夸克与一个反夸克组成的五夸克粒子。  五夸克粒子有很多不同种类,不同的夸克组合会组成不同的粒子。物理学者使用符号qqqq来标记五夸克粒子,其中,q与分别标记夸克与反夸克。符号u、d、s、 c、b、t分别标记上夸克、下夸克、奇夸克、魅夸克、顶夸克、底夸克;符号、、、、、分别标记对应的反夸克。例如,由两个上夸克,一个下夸克,一个魅夸克,一个反魅夸克组成的五夸克粒子标记为uudc。  在五夸克粒子里,夸克被强作用力束缚在一起,强作用力能够促使所有色荷相互抵销。更仔细说,在介子里,夸克必须与反色荷的反夸克配对在一起,例如,蓝色夸克与反蓝色反夸克;在重子里,三个夸克必须从三种色荷中各自选择不同的色荷,例如,红色、蓝色与绿色。在五夸克粒子里,色荷必须相互抵销。唯一可行的组合是设定一个夸克为某颜色,另一个夸克为另一种颜色,另两个夸克为第三种颜色,最后一个夸克为第三种颜色的反颜色。  物理学者尚不清楚五夸克粒子的束缚机制,可能是五个夸克紧紧地束缚在一起,也可能是一个重子与一个介子松松的束缚在一起。
title: 历史.
title: 理论预言.
content: 默里·盖尔曼于1964年最早提议奇异强子存在。1979年,丹尼尔·斯特劳曼给出模型描述由四个夸克与一个反夸克组成的强子。  1997年,俄罗斯圣彼得堡科学院核物理学院的理论物理学者马克沁·波利亚科夫、维克托·佩特罗夫和德米特里·帝雅克诺夫预言由两个上夸克、两个下夸克与一个奇夸克组成的五夸克粒子存在,并将这种粒子命名为。它的质量约为1530MeV、宽度约为15MeV,比较特别的性质是它的奇异数为1,做实验可以很容易从奇异数辨识出这粒子的存在。
title: 2000年代中期.
content: 由于五夸克粒子必须拥有一个反夸克,假若反夸克的风味匹配任何其它夸克的风味,这夸克-反夸克对会相互抵销,因此五夸克粒子会貌似它的三夸克重子,所以许多种类的五夸克粒子都很难在实验里辨识出来。为了避免这问题,早期五夸克粒子探索实验会寻找夸克-反夸克对不相互抵销的粒子。在2000年代中期,有几个实验声称,揭露了五夸克态。特别是2003年在日本春天八号同步辐射设施完成的「春天八号激光电子光子实验」(LEPS实验)显示出质量为1540MeV的共振态,显著性差异为4.6 σ。这实验得到的结果跟1997年波利亚科夫等的理论预言相符合。  在此之后,又有九个独立实验发布报告表示,观测到与的狭窄峰值,质量在与之间,显著性差异都超过4 σ。虽然对于这些实验结果的正确性仍旧存有质疑,在2004年《粒子物理学评论》里,粒子数据小组给予三颗星评估,最高是四颗星。另外还有两个五夸克态被观察到,它们是质量分别为、的 (ddss)与 (uudd)。它们后来都被更正为统计效应,而不是真实共振态。  在LEPS实验之后,约有十个独立实验试图寻找,但都未获成功。其中两个实验(一个在BELLE,另一个在CLAS)分别与先前声称观测到粒子的两个实验(DIANA实验与SAPHIR实验)几乎相同。2006年《粒子物理学评论》总结, 曾经声称观测到的每一个原本实验,都尚未获得高统计量确认。杰佛逊实验室完成两个高统计量重复实验,它们明确地证实,原本两个声称观测到的实验都不正确。另外,还有一些已完成的高统计量实验,它们都没有找到的蛛丝马迹。关于另外两个声称观测到五夸克态的实验,所有尝试确认那些结果的实验都获得负结果。一般而言,五夸克粒子不存在;特别而言,不存在。这结论显得很有说服力。  2008年《粒子物理学评论》更进一步表示, 近期有两个或三个实验对于在标称质量附近获得薄弱的信号证据,但鉴于压倒性的证据声称五夸克粒子不存在,将它们胪列出来是毫无意义的......整个故事──发现本身、紧跟着像涨潮般的论文、最终的退潮发现──在科学历史上是一集相当古怪的连续剧。  尽管有那么多显目的零结果,LEPS团队于2009年仍旧表示,在质量为之处观测到狭窄态存在,显著性差异为5.1 σ。针对这争论,那时期有很多实验如火如荼地进行着。
title: 2015年LHCb结果.
content: 2015年7月13日,LHCb实验团队在Λ→J/ψKp衰变道辨识出五夸克粒子;在这衰变道里,底Λ粒子 (Λ)衰变为一个J/ψ介子(J/ψ)、一个K介子 (K)与一个质子(p)。实验数据显示,有时候,底Λ粒子不会通过Λ*居间态衰变为一个K介子 (K)与一个质子(p),而会间接地通过五夸克居间态P;两个被发现的居间态P(4380MeV)与P(4450MeV)在统计学的显著性差异分别为9 σ与12 σ,总合起来为15 σ,足够证实这发现。更多数据分析还排除了这是由普通粒子造成的效应的可能性。LHCb实验又观测到两个五夸克态都强烈地衰变为J/ψp,因此可推论其价夸克拥有两个上夸克、一个下夸克、一个魅夸克与一个反魅夸克;标记为,它们是一种魅偶素-五夸克粒子。  LHCb的主要任务是研究物质-反物质不对称性,而不是探索研究五夸克粒子。欧洲核子研究组织发言人表示,「我们并没有积极地寻找它,我们意外地找到了它。」  2019年根据2015-2018年LHCb的数据观察到新的五夸克粒子,新粒子为P(4312MeV),会衰减成一个质子和一个J/ψ介子(由一个粲夸克和反粲夸克构成)。并观测到2015年发现的五夸克结构P(4450MeV)实际上是由两个质量相近的共振态P(4440MeV)和P(4457MeV)叠加而成。最新观察的统计显著性达到了 7.3 σ,远远超过了 5 σ这个阈值。这三个五夸克态的宽度都很窄,质量略低于Σ和Σ质量之和,有可能是粲重子和反粲介子形成的束缚态,它们为重子和介子分子态的存在提供了迄今为止最有力的实验证据。
title: 应用.
content: 五夸克粒子的发现让物理学者能够更细致地研究强作用力,从而助益对于量子色动力学的了解。另外,当今理论意味着,当有些非常巨大恒星塌缩时,会制成五夸克粒子,对于五夸克的研究或许可以帮助人们了解中子星的物理。

Summary: 五夸克粒子是一种次原子粒子,属于奇异强子。五夸克粒子有五个夸克。更详细地说,是四个夸克和一个反夸克(表示他的重子数为1)。虽然物理学者预言五夸克粒子存在已很多年了,五夸克态显然很不容易被发现。有些物理学者甚至提议,某种未知自然定律阻止五夸克粒子的出现。

Pentakvark: Pentakvark je subatomární částice složená ze čtyř kvarků a jednoho antikvarku spojených dohromady. Kvarky mají baryonové číslo +1/3 a antikvarky −1/3, takže by měl mít celkové baryonové číslo 1, tudíž je klasifikován jako exotický baryon. O existenci pentakvarku mluvili američtí fyzikové Murray Gell-Mann a George Zweig už v 60. letech 20. století.