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四夸克态

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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实验室又发现了可能的四夸克态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纳大学（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实验室发现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合作组发现一种夸克结构为ccud的四夸克态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分，质量约为质子质量的3.1倍。夸克结构为 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）的新强子态，研究者用、、分别命名

  • ：中性含粲偶素强子态，除（1−−）的矢量介子外
  • ：中性含粲偶素强子态，（1−−）矢量介子
  • ：带电含粲偶素强子态，

参见

参考文献

  1. ^ D. Harris. The charming case of X(3872). Symmetry Magazine. 13 April 2008 [2009-12-17]. （原始内容存档于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 可免费查阅. doi:10.1103/PhysRevD.71.014028. 
  3. ^ G. Cotugno, R. Faccini, A.D. Polosa and C. Sabelli. Charmed Baryonium. 物理评论快报. 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]. （原始内容存档于2016-07-31）. 
  5. ^ 存档副本. [2012-07-19]. （原始内容存档于2009-03-22）. 
  6. ^ 存档副本. [2012-07-19]. （原始内容存档于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. 物理评论快报. 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]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于2015-09-24）.     
  12. ^ Physics - New Particle Hints at Four-Quark Matter. Physics.aps.org. 2013-06-17 [2014-04-12]. （原始内容存档于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 可免费查阅. 
  15. ^ Abazov, V. M. Observation of a new
    B0
    s    π± state. 25 Feb 2016. arXiv:1602.07588 可免费查阅.      已忽略未知参数|collaboration= (帮助)
  16. ^ 存档副本 (PDF). [2016-03-13]. （原始内容 (PDF)存档于2016-11-09）. 
  17. ^ Announcement by LHCb. [2016-03-13]. （原始内容存档于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 可免费查阅 [hep-ex].  已忽略未知参数|collaboration= (帮助)
  19. ^ R. Aaij; et al. Amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays. 2016. arXiv:1606.07898 可免费查阅 [hep-ex].  已忽略未知参数|collaboration= (帮助)
  20. ^ R. Aaij; et al. Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum. 2020. arXiv:2006.16957 可免费查阅.  已忽略未知参数|collaboration= (帮助)
  21. ^ Observation of a four-charm-quark tetraquark.. LHCb - Large Hadron Collider beauty experiment. CERN. 1 July 2020 [12 July 2020]. （原始内容存档于2020-12-10）. 
  22. ^ New X0(2900) and X1(2900): Hadronic Molecules or Compact Tetraquarks. PRL. 9 Sep 2020 [9 Sep 2020]. （原始内容存档于2022-09-15）. 
  23. ^ New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions. PRL. 11 March 2021 [11 March 2021]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于2021-08-03）. 
  25. ^ Observation of new resonances decaying to J/ψK+ and J/ψϕ. 15 Sep 2021 [15 Sep 2021]. （原始内容存档于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]. （原始内容存档于2022-07-12）. 
  27. ^ ATLAS observes potential four-charm tetraquark. ATLAS. 9 July 2022 [9 July 2022]. （原始内容存档于2022-12-03）. 
  28. ^ LHCb discovers three new exotic particles. CERN. 5 July 2022 [8 July 2022]. （原始内容存档于2022-12-16）. 

外部链接

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