強子與夸克模型

奇特強子(四夸克態與五夸克態)

簡單的夸克模型給出強子的兩種配方:三個夸克,或一個夸克加一個反夸克。幾十年來,這似乎是大自然唯一採用的選項。但強交互作用的底層理論從未禁止別的組合——它只要求總色荷必須互相抵消。由比通常更多數目的夸克構成的粒子,叫做奇特強子。

有兩類已被確鑿地確立。四夸克態是由兩個夸克和兩個反夸克組成的強子——四個粒子,而非通常的兩個或三個。五夸克態由四個夸克和一個反夸克組成——五個粒子。兩者仍滿足色中性規則,只是以更精巧的方式滿足。一個未解的問題是這些部件如何排布:它們是全部緊緊束縛成一團,還是其實是一個介子與一個重子(或兩個介子)像分子那樣彼此鬆散地環繞?對若干奇特態而言,分子圖像與數據吻合得很好。

這些粒子早被預言,卻很難確認,因為它們很容易被普通過程偽裝出來。令人信服的四夸克態和五夸克態信號直到 2000 年代和 2010 年代才出現,主要來自歐洲核子中心的 LHCb 實驗,它在海量碰撞中篩查那些標誌性的峰。奇特強子之所以重要,是因為它們為強交互作用理論提供了一個全新的試驗場,深入到簡單夸克模型從未觸及的區域,探究夸克如何以超出教科書兩種配方的方式聚集。

2015 年,LHCb 實驗報告了含有一個粲夸克及其反夸克加三個輕夸克的五夸克態;而像 X(3872) 這樣的四夸克態候選者,更早就已被觀測到。

奇特強子超出了兩種標準配方,由四個或五個夸克束縛在一起,同時保持色中性。

「奇特」並不意味著超出標準模型。四夸克態和五夸克態仍是被已知強交互作用束縛的普通夸克;它們只是相對於教科書的兩種配方而言奇特,並非新物理的跡象。

又稱
tetraquarkpentaquarkexotic hadron四夸克态五夸克态四夸克態五夸克態