概述

于2015年7月提出可能已被发现的五夸克粒子P + c 示意图，显示出每一个夸克的风味与一种可能的颜色组合。

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。

五夸克粒子有很多不同种类，不同的夸克组合会组成不同的粒子。物理学者使用符号qqqq q 来标记五夸克粒子，其中，q与 q 分别标记夸克与反夸克。符号u、d、s、 c、b、t分别标记上夸克、下夸克、奇夸克、魅夸克、顶夸克、底夸克；符号 u 、 d 、 s 、 c 、 b 、 t 分别标记对应的反夸克。例如，由两个上夸克，一个下夸克，一个魅夸克，一个反魅夸克组成的五夸克粒子标记为uudc c 。

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。

历史

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 （ 英语 ： Daniel Strottman ） 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 （ 英语 ： Petersburg Nuclear Physics Institute ） 的理论物理学者 马克沁·波利亚科夫 （ 英语 ： Maxim Polyakov ） 、 维克托·佩特罗夫 （ 英语 ： Victor Petrov ） 和 德米特里·帝雅克诺夫 （ 英语 ： Dmitri Diakonov ） 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4.6 σ 。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。

在此之后，又有九个独立实验发布报告表示，观测到nK +与pK 0的狭窄峰值，质量在 1,522 MeV/ c 与 1,555 MeV/ c 之间，显著性差异都超过4 σ 。虽然对于这些实验结果的正确性仍旧存有质疑，在2004年《 粒子物理学评论 （ 英语 ： Review of Particle Physics ） 》里， 粒子数据小组 （ 英语 ： Particle Data Group ） 给予 Θ + 三颗星评估，最高是四颗星。另外还有两个五夸克态被观察到，它们是质量分别为 1,860 MeV 、 3,099 MeV 的 Φ −− (ddss u )与 Θ 0 c (uudd c )。它们后来都被更正为统计效应，而不是真实共振态。

在LEPS实验之后，约有十个独立实验试图寻找 Θ + ，但都未获成功。其中两个实验（一个在BELLE，另一个在 CLAS （ 英语 ： CLAS detector ） ）分别与先前声称观测到 Θ + 粒子的两个实验（ DIANA实验 （ 英语 ： DIANA ） 与 SAPHIR实验 （ 英语 ： SAPHIR ） ）几乎相同。 2006年《粒子物理学评论》总结，

2008年《粒子物理学评论》更进一步表示，

尽管有那么多显目的 零结果 （ 英语 ： result ） ，LEPS团队于2009年仍旧表示，在质量为 1,524 ± 4MeV 之处观测到狭窄态存在，显著性差异为5.1 σ。 针对这争论，那时期有很多实验如火如荼地进行着。

2015年LHCb结果

费曼图展示，底Λ粒子Λ 0 b 衰变为K介子K − 与一个五夸克粒子P + c 。

图为对于Λ 0 b →J/ψK − p衰变的J/ψp不变质量谱的拼凑结果，每一个拼凑部分都被单独展示出来。五夸克粒子贡献出的拼凑部分展示为画斜线的直方图。

2015年7月13日，LHCb实验团队在Λ 0 b →J/ψK − p衰变道辨识出五夸克粒子；在这衰变道里，底Λ粒子（Λ 0 b ）衰变为一个J/ψ介子（J/ψ）、一个K介子（K − ）与一个质子（p）。实验数据显示，有时候，底Λ粒子不会通过Λ* 居间态 （ 英语 ： intermediate state ） 衰变为一个K介子（K − ）与一个质子（p），而会间接地通过五夸克 居间态 （ 英语 ： intermediate state ） P + c ；两个被发现的居间态P + c （4380MeV）与P + c （4450MeV）在统计学的显著性差异分别为9 σ与12 σ，总合起来为15 σ ，足够证实这发现。更多数据分析还排除了这是由普通粒子造成的效应的可能性。 LHCb实验又观测到两个五夸克态都强烈地衰变为J/ψp，因此可推论其价夸克拥有两个上夸克、一个下夸克、一个魅夸克与一个反魅夸克；标记为 u u d c c ，它们是一种魅偶素-五夸克粒子。

LHCb的主要任务是研究物质-反物质不对称性，而不是探索研究五夸克粒子。 欧洲核子研究组织发言人表示，“我们并没有积极地寻找它，我们意外地找到了它。”

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

粒子列表

奇异强子

强子

夸克模型

四夸克态

延伸阅读

David Whitehouse.Behold the Pentaquark (BBC News). BBC News. 1 July 2003 [ 2010-01-08 ] .

Thomas E. Browder, Igor R. Klebanov, Daniel R. Marlow. Prospects for Pentaquark Production at Meson Factories. Physics Letters B. 2004, 587 : 62. arXiv:hep-ph/0401115 .Bibcode:2004PhLB..587...62B. doi:10.1016/j.physletb.2004.03.003 .

Akio Sugamoto. An Attempt to Study Pentaquark Baryons in String Theory. arXiv:hep-ph/0404019[hep-ph] . 2004.

Kenneth Hicks. An Experimental Review of the Θ + Pentaquark. Journal of Physics: Conference Series. 2005, 9 : 183. arXiv:hep-ex/0412048 .Bibcode:2005JPhCS...9..183H. doi:10.1088/1742-6596/9/1/035 .

Mark Peplow. Doubt is Cast on Pentaquarks. Nature. 18 April 2005. doi:10.1038/news050418-1 .

Maggie McKie.Pentaquark hunt draws blanks. New Scientist. 20 April 2005 [ 2010-01-08 ] .

Jefferson Lab.Is It Or Isn"t It? Pentaquark Debate Heats Up. Space Daily. 21 April 2005 [ 2010-01-08 ] .

Dmitri Diakonov. Relativistic Mean Field Approximation to Baryons. European Physical Journal A. 2005, 24 : 3.Bibcode:2005EPJAS..24a...3D. doi:10.1140/epjad/s2005-05-001-3 .

Schumacher, R. A. The Rise and Fall of Pentaquarks in Experiments. AIP Conference Proceedings. 2006, 842 : 409. arXiv:nucl-ex/0512042 . doi:10.1063/1.2220285 .

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