五夸克粒子的兩種模型五夸克袋模型介子-重子模型夸克標記為q，反夸克標記為q。傳遞強相互作用的膠子以波形線來標記。夸克帶有的不同色荷對應於不同的顏色。紅色、綠色、藍色是三種不可或缺的顏色；另外剩餘的夸克與反夸克必須呈相反顏色，在這裏選擇為藍色與反藍色（以黃色表示）
**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 （Λ0  
b）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PΛ  
ψs(4338)0。

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
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於2015年7月提出可能已被發現的五夸克粒子P+  
c示意圖，顯示出每一個夸克的風味與一種可能的顏色組合。
条目：夸克
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。

五夸克粒子有很多不同種類，不同的夸克組合會組成不同的粒子。物理學者使用符號qqqqq來標記五夸克粒子，其中，q與q分別標記夸克與反夸克。符號u、d、s、 c、b、t分別標記上夸克、下夸克、奇夸克、魅夸克、頂夸克、底夸克；符號u、d、s、c、b、t分別標記對應的反夸克。例如，由兩個上夸克，一個下夸克，一個魅夸克，一個反魅夸克組成的五夸克粒子標記為uudcc。

在五夸克粒子裏，夸克被強作用力束縛在一起，強作用力能夠促使所有色荷相互抵銷。更仔細說，在介子裏，夸克必須與反色荷的反夸克配對在一起，例如，藍色夸克與反藍色反夸克；在重子裏，三個夸克必須從三種色荷中各自選擇不同的色荷，例如，紅色、藍色與綠色。在五夸克粒子裏，色荷必須相互抵銷。唯一可行的組合是設定一個夸克為某顏色，另一個夸克為另一種顏色，另兩個夸克為第三種顏色，最後一個夸克為第三種顏色的反顏色。

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
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### 理論預言

默里·蓋爾曼於1964年最早提議奇異強子存在。1979年，丹尼爾·斯特勞曼（英语：）給出模型描述由四個夸克與一個反夸克組成的強子。

1997年，俄罗斯聖彼得堡科學院核物理學院（英语：）的理論物理學者馬克沁·波利亞科夫（英语：）、維克托·佩特羅夫（英语：）和德米特里·帝雅克諾夫（英语：）預言由兩個上夸克、兩個下夸克與一個奇夸克組成的五夸克粒子存在，並將這種粒子命名為  
Θ+  
。它的質量約為1530MeV、寬度約為15MeV，比較特別的性質是它的奇異數為1，做實驗可以很容易從奇異數辨識出這粒子的存在。

### 2000年代中期

由於五夸克粒子必須擁有一個反夸克，假若反夸克的風味匹配任何其它夸克的風味，這夸克-反夸克對會相互抵銷，因此五夸克粒子會貌似它的三夸克重子，所以許多種類的五夸克粒子都很難在實驗裏辨識出來。為了避免這問題，早期五夸克粒子探索實驗會尋找夸克-反夸克對不相互抵銷的粒子。在2000年代中期，有幾個實驗聲稱，揭露了五夸克態。特別是2003年在日本春天八號同步輻射設施完成的「春天八號激光電子光子實驗」（LEPS實驗）顯示出質量為1540MeV的共振態，顯著性差異為4.6 σ。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 n K+與 p K0的狹窄峰值，質量在7003152200000000000♠1522 MeV/*c*2與7003155500000000000♠1555 MeV/*c*2之間，顯著性差異都超過4 σ。雖然對於這些實驗結果的正確性仍舊存有質疑，在2004年《粒子物理學評論（英语：）》裏，粒子數據小組（英语：）給予  
Θ+  
三顆星評估，最高是四顆星。另外還有兩個五夸克態被觀察到，它們是質量分別為6990298004826582000♠1860 MeV、6990496514493321299♠3099 MeV的  
Φ−−  
 (ddssu)與   
Θ0  
c (uuddc)。它們後來都被更正為統計效應，而不是真實共振態。

在LEPS實驗之後，約有十個獨立實驗試圖尋找  
Θ+  
，但都未獲成功。其中兩個實驗（一個在BELLE，另一個在CLAS（英语：））分別與先前聲稱觀測到  
Θ+  
粒子的兩個實驗（DIANA實驗（英语：）與SAPHIR實驗（英语：））幾乎相同。2006年《粒子物理學評論》總結，

> 曾經聲稱觀測到  
> Θ+  
> 的每一個原本實驗，都尚未獲得高統計量確認。傑佛遜實驗室（英语：）完成兩個高統計量重複實驗，它們明確地證實，原本兩個聲稱觀測到  
> Θ+  
> 的實驗都不正確。另外，還有一些已完成的高統計量實驗，它們都沒有找到  
> Θ+  
> 的蛛絲馬跡。關於另外兩個聲稱觀測到  
> Θ+  
> 五夸克態的實驗，所有嘗試確認那些結果的實驗都獲得負結果。一般而言，五夸克粒子不存在；特別而言，  
> Θ+  
> 不存在。這結論顯得很有說服力。
> 
> 

2008年《粒子物理學評論》更進一步表示，

> 近期有兩個或三個實驗對於在標稱質量附近獲得薄弱的信號證據，但鑒於壓倒性的證據聲稱五夸克粒子不存在，將它們臚列出來是毫無意義的……整個故事──發現本身、緊跟著像漲潮般的論文、最終的退潮發現──在科學歷史上是一集相當古怪的連續劇。
> 
> 

儘管有那麼多顯目的零結果（英语：），LEPS團隊於2009年仍舊表示，在質量為6990244171696618800♠1524±4 MeV之處觀測到狹窄態存在，顯著性差異為5.1 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

費曼圖展示，底Λ粒子 Λ0  
b衰變為K介子K−  
與一個五夸克粒子P+  
c。
圖為對於Λ0  
b→J/ψK−  
p衰變的J/ψp不變質量譜的拼湊結果，每一個拼湊部分都被單獨展示出來。五夸克粒子貢獻出的拼湊部分展示為畫斜線的直方圖。
2015年7月13日，LHCb實驗團隊在Λ0  
b→J/ψK−  
p衰變道辨識出五夸克粒子；在這衰變道裏，底Λ粒子 （Λ0  
b）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\*居間態（英语：）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居間態（英语：）P+  
c；兩個被發現的居間態P+  
c（4380MeV）與P+  
c（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  
u  
  
u  
  
d  
  
c  
  
c  
，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。」

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+  
c（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+  
c（4450MeV）实际上是由两个质量相近的共振态P+  
c（4440MeV）和P+  
c（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+  
cD0  
和Σ+  
cD\*0  
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。[來源可靠？討論]

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 usdcc。

應用
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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
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* 粒子列表
* 奇異強子
* 強子
* 夸克模型
* 四夸克態

註釋
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1. ↑  重子有三個夸克，介子有兩個夸克。
2. ↑  括号中的数目是这个粒子的质量，单位MeV。
3. ↑  色荷與日常顏色無關，它們只是一種標籤，專門用來幫助描述與了解色荷的概念。

參考文獻
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1. 1 2  H. Muir.. New Scientist. 2 July 2003  [2010-01-08]. （原始内容存档于2015-07-12）.
2. ↑  K. Hicks.. Ohio University. 23 July 2003  [2010-01-08]. （原始内容存档于2016-09-08）.
3. 1 2  See p. 1124 in 
C. Amsler et al. (Particle Data Group).  (PDF). Physics Letters B. 2008, **667** (1-5): 1  [2015-07-15]. Bibcode:2008PhLB..667....1A. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018. （原始内容存档 (PDF)于2017-02-01）.
4. 1 2 3  R. Aaij et al. (LHCb collaboration).. Physical Review Letters. 2015, **115** (7). doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001.
5. ↑ . CERN. 26 March 2019  [26 April 2019]. （原始内容存档于2021-03-05）.
6. ↑ . July 5, 2022  [July 5, 2022]. （原始内容存档于2022-09-26）.
7. 1 2 3  I. Sample.. The Guardian. 14 July 2015  [2015-07-14]. （原始内容存档于2020-11-08）.
8. 1 2  J. Pochodzalla.. . 2005: 268. ISBN 161499014X.
9. 1 2  G. Amit.. New Scientist. 14 July 2015  [2015-07-14]. （原始内容存档于2020-11-08）.
10. ↑  Gell-Mann, Murray.  (PDF). Phys. Lett. 1964, **8** (3): 214–215  [2015-07-18]. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3. （原始内容存档 (PDF)于2019-07-24）.
11. ↑  Strottman, D.. Phys. Rev. D. 1979, **20** (3): 748–767. doi:10.1103/PhysRevD.20.748.
12. ↑  Kandice Carter.. Symmetry Magazine. 2006, **3** (7): 16  [2015-07-16]. （原始内容存档于2020-09-30）.
13. 1 2 3 4 5 6  W.-M. Yao et al. (Particle Data Group).  (PDF). Journal of Physics G. 2006, **33**: 1  [2015-07-17]. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. arXiv:astro-ph/0601168 可免费查阅. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. （原始内容存档 (PDF)于2018-12-21）.
14. ↑  D. Diakonov, V. Petrov, and M. Polyakov.. Zeitschrift für Physik A. 1997, **359** (3): 305. Bibcode:1997ZPhyA.359..305D. arXiv:hep-ph/9703373 可免费查阅. doi:10.1007/s002180050406.
15. ↑  T. Nakano et al. (LEPS Collaboration).. Physical Review C. 2009, **79** (2): 025210. Bibcode:2009PhRvC..79b5210N. arXiv:0812.1035 可免费查阅. doi:10.1103/PhysRevC.79.025210.
16. ↑ . CERN/LHCb. 14 July 2015  [2015-07-14]. （原始内容存档于2017-12-16）.
17. ↑  P. Rincon.. BBC News. 14 July 2015  [2015-07-14]. （原始内容存档于2015-07-14）.
18. ↑ . CERN/LHCb. 2008  [2015-07-15]. （原始内容存档于2020-04-04）.
19. ↑ .  [2019-03-30]. （原始内容存档于2020-11-12）.

延伸閱讀
----

* David Whitehouse.. BBC News. 1 July 2003  [2010-01-08]. （原始内容存档于2008-12-05）.
* Thomas E. Browder, Igor R. Klebanov, Daniel R. Marlow.. Physics Letters B. 2004, **587**: 62. Bibcode:2004PhLB..587...62B. arXiv:hep-ph/0401115 可免费查阅. doi:10.1016/j.physletb.2004.03.003.
* Akio Sugamoto.. 2004. arXiv:hep-ph/0404019 可免费查阅 `|class=`被忽略 (帮助).
* Kenneth Hicks.. Journal of Physics: Conference Series. 2005, **9**: 183. Bibcode:2005JPhCS...9..183H. arXiv:hep-ex/0412048 可免费查阅. doi:10.1088/1742-6596/9/1/035.
* Mark Peplow.. Nature. 18 April 2005. doi:10.1038/news050418-1.
* Maggie McKie.. New Scientist. 20 April 2005  [2010-01-08]. （原始内容存档于2008-10-04）.
* Jefferson Lab.. Space Daily. 21 April 2005  [2010-01-08]. （原始内容存档于2020-03-12）.
* Dmitri Diakonov.. European Physical Journal A. 2005, **24**: 3. Bibcode:2005EPJAS..24a...3D. doi:10.1140/epjad/s2005-05-001-3.
* Schumacher, R. A.. AIP Conference Proceedings. 2006, **842**: 409. arXiv:nucl-ex/0512042 可免费查阅. doi:10.1063/1.2220285.

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| * 
* 论
* 编
粒子物理學 |
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| 基本粒子 | 

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| 费米子 | 

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| **夸克** | 
* u
* u
* d
* d
* c
* c
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* s
* t
* t
* b
* b

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| **輕子** | 
* e-
* e+
* μ-
* μ+
* τ-
* τ+
* νe
* ve
* νμ
* vμ
* ντ
* vτ

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| 玻色子 | 

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| **标量玻色子** | 
* H

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| **规范玻色子** | 
* γ
* g
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* Z0

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| 复合粒子 | 

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| 强子 | 

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| **重子** | 
* Δ
* 核子
	+ p
	+ p
	+ n
	+ n
* 超子
	+ Λ
	+ Σ
	+ Ξ
	+ Ω

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| **介子** | 
* π
* K
* ρ
* J/ψ
* ϒ
* D
* B
* 未发现介子
	+ θ
	+ T
* 夸克偶素

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| 其它 | 
* **原子核**
* **原子**
* **超原子**
* **奇異原子**
	+ 电子偶素
	+ 緲子偶素
	+ 真緲子偶素
	+ 介子偶素（英语：）
	+ 介子原子
	+ 超子原子
	+ 反氫
	+ 介子核
	+ 超核
	+ 重味超核
* **分子**
* 离子

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| 假想的基本粒子 | 

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| 超對稱粒子 | 

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| **超規範子** | 
* 超膠子
* 超引力子
* 超光子
* 超荷子
* 超中性子

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| **其他** | 
* 超希格斯粒子
* 超費米子
* 超軸子
* 超胀子

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| 其它 | 
* 任意子
* 胀子
* 加速子
* 快子
* A0
* G
* m
* X
* Y
* W'（英语：）
* Z'（英语：）
* 普朗克粒子
* 马约拉纳粒子
* 鬼
* 斯格明子
* 惰性中微子
* 大质量弱相互作用粒子（WIMP）

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| 假想的复合粒子 | 

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| 奇異強子 | 

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| **奇異重子** | 
* 五夸克態
* 七夸克态
* R-重子

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| **奇異介子** | 
* 四夸克态
* 六夸克态（雙重子態）
* 膠球
* 混杂态

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| 其它 | 
* 介子分子（英语：）
* 坡密子（英语：）
* 奇数子（英语：）
* 双夸克（英语：）

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| 準粒子 | 
* 達維多夫孤子（英语：）
* 量子滴（英语：）
* 激子
* 空穴
* 磁振子
* 聲子
* 磁单极子
* 電漿子
* 電磁極化子
* 極子
* 旋子（英语：）

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