四夸克态

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導發現了四夸克態。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

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， 這和原先的推測相符。_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。。

2007 年，日本 Belle 實驗室又發現了可能的四夸克態 _Y(4660)_。

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。

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。

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)。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)_。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)。。這種介子態的四夸克結構是 ccud。
。
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)_ 在 _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著實質性的關聯，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。

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±。 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 
sπ± 侯選。 

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。

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

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± 和 _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。

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。

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

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。

2022 年 7 月 9 日，在義大利舉行的第 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。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。

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。

## XYZ 新強子態

對於這些新發現的含粲偶素（cc）的新強子態，研究者用 ${X}$ 、 ${Y}$ 、 ${Z}$ 分別命名

 * ${X}$ ：中性含粲偶素強子態，除（1−−）的矢量介子外
* ${Y}$ ：中性含粲偶素強子態，（1−−）矢量介子
* ${Z}$ ：帶電含粲偶素強子態，

## 參見

* 五夸克態
* 強子
* 色禁閉

## 參考文獻

## 外部連結

* The Belle experiment（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  * Belle press release