五夸克態

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。[8][9][4]

1997年，俄罗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。[10][11]

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裏辨識出來。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。[6]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「春天八號激光電子光子實驗」（LEPS實驗）顯示出質量為1540MeV的共振態，顯著性差異為4.6 σ[11]。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。[12]

在此之後，又有九個獨立實驗發佈報告表示，觀測到n K+
與p K0
的狹窄峰值，質量在7003152200000000000♠1522 MeV/c²與7003155500000000000♠1555 MeV/c²之間，顯著性差異都超過4 σ[11]。雖然對於這些實驗結果的正確性仍舊存有質疑，在2004年《粒子物理學評論》裏，粒子數據小組給予Θ+
三顆星評估，最高是四顆星。另外還有兩個五夸克態被觀察到，它們是質量分別為6990298004826582000♠1860 MeV、6990496514493321299♠3099 MeV的Φ−−
(ddssu)與 Θ0
c (uuddc)。它們後來都被更正為統計效應，而不是真實共振態。[11]

在LEPS實驗之後，約有十個獨立實驗試圖尋找Θ+
，但都未獲成功。其中兩個實驗（一個在BELLE，另一個在CLAS）分別與先前聲稱觀測到Θ+
粒子的兩個實驗（DIANA實驗與SAPHIR實驗）幾乎相同。[11]2006年《粒子物理學評論》總結，[11]

曾經聲稱觀測到Θ+
的每一個原本實驗，都尚未獲得高統計量確認。傑佛遜實驗室完成兩個高統計量重複實驗，它們明確地證實，原本兩個聲稱觀測到Θ+
的實驗都不正確。另外，還有一些已完成的高統計量實驗，它們都沒有找到Θ+
的蛛絲馬跡。關於另外兩個聲稱觀測到Θ+
五夸克態的實驗，所有嘗試確認那些結果的實驗都獲得負結果。一般而言，五夸克粒子不存在；特別而言，Θ+
不存在。這結論顯得很有說服力。

2008年《粒子物理學評論》更進一步表示，[3]

近期有兩個或三個實驗對於在標稱質量附近獲得薄弱的信號證據，但鑒於壓倒性的證據聲稱五夸克粒子不存在，將它們臚列出來是毫無意義的……整個故事──發現本身、緊跟著像漲潮般的論文、最終的退潮發現──在科學歷史上是一集相當古怪的連續劇。

儘管有那麼多顯目的零結果，LEPS團隊於2009年仍舊表示，在質量為6990244171696618800♠1524±4 MeV之處觀測到狹窄態存在，顯著性差異為5.1 σ。[13]針對這爭論，那時期有很多實驗如火如荼地進行著。

費曼圖展示，底Λ粒子 Λ0
b衰變為K介子K−
與一個五夸克粒子P+
c。

圖為對於Λ0
b→J/ψK−
p衰變的J/ψp不變質量譜的拼湊結果，每一個拼湊部分都被單獨展示出來。五夸克粒子貢獻出的拼湊部分展示為畫斜線的直方圖。

2015年7月13日，LHCb實驗團隊在Λ0
b→J/ψK−
p衰變道辨識出五夸克粒子；在這衰變道裏，底Λ粒子 （Λ0
b）衰變為一個J/ψ介子（J/ψ）、一個K介子 （K−
）與一個質子（p）。實驗數據顯示，有時候，底Λ粒子不會通過Λ*居間態衰變為一個K介子 （K−
）與一個質子（p），而會間接地通過五夸克居間態P+
c；兩個被發現的居間態P+
c（4380MeV）與P+
c（4450MeV）在統計學的顯著性差異分別為9 σ與12 σ，總合起來為15 σ ，足夠證實這發現。更多數據分析還排除了這是由普通粒子造成的效應的可能性。[14]LHCb實驗又觀測到兩個五夸克態都強烈地衰變為J/ψp，因此可推論其價夸克擁有兩個上夸克、一個下夸克、一個魅夸克與一個反魅夸克；標記為uudcc，它們是一種魅偶素-五夸克粒子。[4][5][15]

LHCb的主要任務是研究物質-反物質不對稱性，而不是探索研究五夸克粒子。[16]歐洲核子研究組織發言人表示，「我們並沒有積極地尋找它，我們意外地找到了它。」[7]

2019年根据2015-2018年LHCb的数据观察到新的五夸克粒子，新粒子为P+
c（4312MeV），会衰减成一个质子和一个J/ψ介子（由一个粲夸克和反粲夸克构成）。并观测到2015年发现的五夸克结构P+
c（4450MeV）实际上是由两个质量相近的共振态P+
c（4440MeV）和P+
c（4457MeV）叠加而成。最新观察的统计显著性达到了 7.3 σ，远远超过了 5 σ这个阈值。这三个五夸克态的宽度都很窄，质量略低于Σ+
cD0
和Σ+
cD*0
质量之和，有可能是粲重子和反粲介子形成的束缚态，它们为重子和介子分子态的存在提供了迄今为止最有力的实验证据。[17]