五夸克態

五夸克態

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。

基本介紹

  • 中文名:五夸克態
  • 外文名:Pentaquark
  • 屬性:一群假想的次原子粒子
  • 屬於:奇異強子的一種
  • 通常: 以Θ來表示
簡介,概述,歷史,理論預言,2000年代中期,套用,參見,

簡介

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。
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

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。
在五夸克粒子裡,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,在介子裡,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;在重子裡,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。在五夸克粒子裡,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松松的束縛在一起。

歷史

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,俄羅斯聖彼得堡科學院核物理學院的理論物理學者馬克沁·波利亞科夫、維克托·佩特羅夫和德米特里·帝雅克諾夫預言由兩個上夸克、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裡辨識出來。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“春天八號雷射電子光子實驗”(LEPS實驗)顯示出質量為1540MeV的共振態,顯著性差異為4.6σ。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。

套用

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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