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四夸克態

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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道發現了四夸克態。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

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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，[1] 這和原先的推測相符。[2]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。[3]。

2007年，日本Belle實驗室又發現了可能的四夸克態Y(4660)。[4]

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。[5]

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。[6][7]

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)[8][9]。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)[10]。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)。[11]。這種介子態的四夸克結構是ccud。 [12] [13]。 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着實質性的關聯，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。[14]

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±。[15] 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。 [16]

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。[17][18][19]

2020年, LHCb宣布發現一種夸克結構為cccc的四夸克態 X(6900)。[20][21]

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。[22]

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。[23]

2021年3月，LHCb合作組發現一種夸克結構為ccud的四夸克態Tcc+。[24]

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。[25]

2022年7月9日，在意大利舉行的第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[26]。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[27]。

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。[28]

XYZ新強子態

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對於這些新發現的含粲偶素（cc）的新強子態，研究者用、、分別命名

  • ：中性含粲偶素強子態，除（1−−）的矢量介子外
  • ：中性含粲偶素強子態，（1−−）矢量介子
  • ：帶電含粲偶素強子態，

參見

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參考文獻

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  1. ^ D. Harris. The charming case of X(3872). Symmetry Magazine. 13 April 2008 [2009-12-17]. （原始內容存檔於2017-11-15）. 
  2. ^ L. Maiani, F. Piccinini, V. Riquer and A.D. Polosa. Diquark-antidiquarks with hidden or open charm and the nature of X(3872). Physical Review D. 2005, 71: 014028. Bibcode:2005PhRvD..71a4028M. arXiv:hep-ph/0412098 可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevD.71.014028. 
  3. ^ G. Cotugno, R. Faccini, A.D. Polosa and C. Sabelli. Charmed Baryonium. 物理評論快報. 2010, 104 (13): 132005. Bibcode:2010PhRvL.104m2005C. doi:10.1103/PhysRevLett.104.132005. 
  4. ^ Observation of a resonance-like structure in the pi^+- psi' mass distribution in exclusive B-->K pi^+- psi' decays arXiv. [2015-08-27]. （原始內容存檔於2016-07-31）. 
  5. ^ 存档副本. [2012-07-19]. （原始內容存檔於2009-03-22）. 
  6. ^ 存档副本. [2012-07-19]. （原始內容存檔於2011-11-09）. 
  7. ^ A. Ali, C. Hambrock, M.J. Aslam. Tetraquark Interpretation of the BELLE Data on the Anomalous Υ(1S)π+π- and Υ(2S)π+π- Production near the Υ(5S) Resonance. 物理評論快報. 2010, 104 (16): 162001. Bibcode:2010PhRvL.104p2001A. doi:10.1103/PhysRevLett.104.162001. 
  8. ^ Observation of a Charged Charmoniumlike Structure in e+e-→π+π-J/ψ at √s=4.26  GeV Physical Review Letters
  9. ^ Quark quartet opens fresh vista on matter nature. [2015-08-27]. （原始內容存檔於2014-01-12）. 
  10. ^ Study of e+e-→π+π-J/ψ and Observation of a Charged Charmoniumlike State at Belle Physical Review Letters
  11. ^ T. Xiao, S. Dobbs, A. Tomaradze, Kamal K. Seth. Observation of the charged hadron Z±
    c    (3900) and evidence for the neutral Z0
    c    (3900) in e+e-→π+π-J/ψ at √s=4170  MeV Physics Letters B    . [2015-08-27]. （原始內容存檔於2015-09-24）.     
  12. ^ Physics - New Particle Hints at Four-Quark Matter. Physics.aps.org. 2013-06-17 [2014-04-12]. （原始內容存檔於2019-10-09）. 
  13. ^ Eric Swanson. Viewpoint: New Particle Hints at Four-Quark Matter. Physics. 2013, 69 (6). Bibcode:2013PhyOJ...6...69S. doi:10.1103/Physics.6.69. 
  14. ^ LHCb collaboration. Observation of the resonant character of the Z(4430)− state. 2014. arXiv:1404.1903v1 可免費查閱. 
  15. ^ Abazov, V. M. Observation of a new
    B0
    s    π± state. 25 Feb 2016. arXiv:1602.07588 可免費查閱.      已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  16. ^ 存档副本 (PDF). [2016-03-13]. （原始內容 (PDF)存檔於2016-11-09）. 
  17. ^ Announcement by LHCb. [2016-03-13]. （原始內容存檔於2013-04-29）. 
  18. ^ R. Aaij; et al. Observation of J/ψφ structures consistent with exotic states from amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays. 2016. arXiv:1606.07895 可免費查閱 [hep-ex].  已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  19. ^ R. Aaij; et al. Amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays. 2016. arXiv:1606.07898 可免費查閱 [hep-ex].  已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  20. ^ R. Aaij; et al. Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum. 2020. arXiv:2006.16957 可免費查閱.  已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  21. ^ Observation of a four-charm-quark tetraquark.. LHCb - Large Hadron Collider beauty experiment. CERN. 1 July 2020 [12 July 2020]. （原始內容存檔於2020-12-10）. 
  22. ^ New X0(2900) and X1(2900): Hadronic Molecules or Compact Tetraquarks. PRL. 9 Sep 2020 [9 Sep 2020]. （原始內容存檔於2022-09-15）. 
  23. ^ New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions. PRL. 11 March 2021 [11 March 2021]. （原始內容存檔於2022-09-14）. 
  24. ^ Emma stein. 發現迄今最長壽的新奇異粒子：四夸克粒子T cc＋. [2021-08-03]. （原始內容存檔於2021-08-03）. 
  25. ^ Observation of new resonances decaying to J/ψK+ and J/ψϕ. 15 Sep 2021 [15 Sep 2021]. （原始內容存檔於2023-01-20）. 
  26. ^ Observation of new structures in the J/ψJ/ψ mass spectrum in pp collisions at √s = 13 TeV. CMS. 9 July 2022 [9 July 2022]. （原始內容存檔於2022-07-12）. 
  27. ^ ATLAS observes potential four-charm tetraquark. ATLAS. 9 July 2022 [9 July 2022]. （原始內容存檔於2022-12-03）. 
  28. ^ LHCb discovers three new exotic particles. CERN. 5 July 2022 [8 July 2022]. （原始內容存檔於2022-12-16）. 

外部連結

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