五夸克态

更新时间:2022-08-25 18:31

五夸克粒子是一种次原子粒子,属于奇异强子。五夸克粒子有五个夸克。更详细地说,是四个夸克和一个反夸克(表示他的重子数为1)。虽然物理学者预言五夸克粒子存在已很多年了,五夸克态显然很不容易被发现。有些物理学者甚至提议,某种未知自然定律阻止五夸克粒子的出现。

简介

五夸克粒子是一种次原子粒子,属于奇异强子。五夸克粒子有五个夸克。更详细地说,是四个夸克和一个反夸克(表示他的重子数为1)。虽然物理学者预言五夸克粒子存在已很多年了,五夸克态显然很不容易被发现。有些物理学者甚至提议,某种未知自然定律阻止五夸克粒子的出现。

2000年代,曾经有几个实验报告发现五夸克态的存在,但对于这些实验所获得的数据做重新分析,再加上对于后来完成的实验做分析,所得到的结论是,这些先前得到的结果都是统计效应,而不是真实的共振。2015年7月13日,欧洲核子研究组织的LHCb实验团队报告,在底Λ粒子的衰变反应中,发现了五夸克态,但这结果尚未经过同行评议。

在粒子物理学实验室之外,五夸克粒子也可以在超新星形成中子星的过程中自然制成。对于五夸克粒子的研究或许可以帮助洞悉这些恒星怎样形成,也可以让物理学者更加了解强相对作用。

基本介绍

夸克是一种基础粒子,它拥有质量电荷色荷性质,还拥有给出夸克种类(上夸克下夸克奇夸克、魅夸克、顶夸克底夸克)的风味性质。由于夸克禁闭效应,夸克从未被观测到单独存在。几个夸克可以共同组成复合粒子,称为强子。由一个夸克与一个反夸克共同组成的强子称为介子。由三个夸克组成的强子称为重子。物理学者知道很多关于这些普通强子的性质和行为。没有任何理论规定禁止夸克组成奇异强子,例如,由两个夸克与两个反夸克组成的四夸克粒子,由四个夸克与一个反夸克组成的五夸克粒子。

在五夸克粒子里,夸克被强作用力束缚在一起,强作用力能够促使所有色荷相互抵销。更仔细说,在介子里,夸克必须与反色荷的反夸克配对在一起,例如,蓝色夸克与反蓝色反夸克;在重子里,三个夸克必须从三种色荷中各自选择不同的色荷,例如,红色、蓝色与绿色。在五夸克粒子里,色荷必须相互抵销。唯一可行的组合是设定一个夸克为某颜色,另一个夸克为另一种颜色,另两个夸克为第三种颜色,最后一个夸克为第三种颜色的反颜色。

物理学者尚不清楚五夸克粒子的束缚机制,可能是五个夸克紧紧地束缚在一起,也可能是一个重子与一个介子松松的束缚在一起。

理论预言

默里·盖尔曼于1964年最早提议奇异强子存在。1979年,丹尼尔·斯特劳曼给出模型描述由四个夸克与一个反夸克组成的强子。

1997年,俄罗斯圣彼得堡科学院核物理学院的理论物理学者马克沁·波利亚科夫、维克托·佩特罗夫和德米特里·帝雅克诺夫预言由两个上夸克、两个下夸克与一个奇夸克组成的五夸克粒子存在,并将这种粒子命名为Θ+

。它的质量约为1530MeV、宽度约为15MeV,比较特别的性质是它的奇异数为1,做实验可以很容易从奇异数辨识出这粒子的存在。

2000年代中期

由于五夸克粒子必须拥有一个反夸克,假若反夸克的风味匹配任何其它夸克的风味,这夸克-反夸克对会相互抵销,因此五夸克粒子会貌似它的三夸克重子,所以许多种类的五夸克粒子都很难在实验里辨识出来。为了避免这问题,早期五夸克粒子探索实验会寻找夸克-反夸克对不相互抵销的粒子。在2000年代中期,有几个实验声称,揭露了五夸克态。特别是2003年在日本春天八号同步辐射设施完成的“春天八号激光电子光子实验”(LEPS实验)显示出质量为1540MeV的共振态,显著性差异为4.6σ。这实验得到的结果跟1997年波利亚科夫等的理论预言相符合。

应用

五夸克粒子的发现让物理学者能够更细致地研究强作用力,从而助益对于量子色动力学的了解。另外,当今理论意味着,当有些非常巨大恒星塌缩时,会制成五夸克粒子,对于五夸克的研究或许可以帮助人们了解中子星的物理。

参见

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