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테트라쿼크

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목차

1. 개요

테트라쿼크는 4개의 쿼크로 구성된 입자이며, 21세기 초부터 입자 물리학 실험에서 여러 후보 물질이 보고되었다. 테트라쿼크는 일반적으로 가벼운 쿼크와 무거운 쿼크, 그리고 그들의 반쿼크로 구성된다. 2003년 일본의 벨 실험에서 X(3872)가 테트라쿼크 후보로 제안된 이후, Z(4430), Zc(3900), X(6900) 등 다양한 테트라쿼크 후보들이 발견되었다. 특히 LHCb 실험을 통해 여러 테트라쿼크가 확인되었으며, 2020년대에 들어서면서 c쿼크를 포함하는 테트라쿼크의 발견이 이어지고 있다.

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테트라쿼크
기본 정보
쿼크 구성
쿼크 구성
종류엑조틱 메손
입자 계열메손
구성 성분4개의 쿼크 (하나의 쿼크와 하나의 반쿼크 쌍)
상호 작용강력
최초 발견2003년
명명법
기호T 또는 b
질량 범위쿼크 조합에 따라 다름
대략 3 ~ 6 GeV/c2
전하정수 (0, ±1, ±2)
스핀정수
아이소스핀정의되지 않음
색깔 전하중성
수명매우 짧음 (강력 붕괴)
관련된 입자
관련 입자메손
바리온
엑조틱 바리온

2. 역사와 발견

21세기 초부터 입자 물리학 실험을 통해 여러 테트라쿼크 후보 입자들이 발견되었다. 이 입자들은 대부분 가벼운 쿼크(q)와 무거운 쿼크(Q)의 조합(qQ)으로 구성되어 있다. 여기서 q는 업 쿼크, 다운 쿼크, 스트레인지 쿼크를, Q는 참 쿼크, 바닥 쿼크를 의미하며, 반쿼크는 위에 줄을 그어 표시한다. qq (또는 QQ) 형태의 테트라쿼크 존재는 이론적으로 오랫동안 논의되었지만, 실험적으로는 아직 보고되지 않았다.[2]

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2. 1. 초기 발견

2003년, 일본의 벨 실험(Belle experiment)에서 일시적으로 X(3872)라고 불리는 입자가 원래 이론화된 대로 테트라쿼크 후보로 제안되었다.[4] X라는 이름은 임시 이름으로, 속성에 대해 아직 테스트해야 할 몇 가지 질문이 있음을 나타낸다. 뒤에 오는 숫자는 입자의 질량을 나타낸다.

2004년, 페르미 국립 가속기 연구소(Fermilab)의 SELEX에서 관측된 DsJ(2632) 상태가 가능한 테트라쿼크 후보로 제시되었다.[6]

2007년, 벨은 Z(4430) 상태의 관측을 발표했는데, 이는 테트라쿼크 후보이다. 또한 2007년에 벨이 발견한 Y(4660)도 테트라쿼크 상태일 수 있다는 징후가 있다.[7]

2009년, 페르미 국립 가속기 연구소(Fermilab)는 일시적으로 Y(4140)라고 불리는 입자를 발견했다고 발표했는데, 이 또한 테트라쿼크일 수 있다.[8]

2010년, DESY의 물리학자 두 명과 카이드-이-아잠 대학교(Quaid-i-Azam University)의 물리학자 한 명이 이전 실험 데이터를 재분석한 결과, (5S) 중간자 (일종의 바닥늄)와 관련하여 잘 정의된 테트라쿼크 공명이 존재한다고 발표했다.[9][10]

2013년 6월, 중국의 BES III 실험과 일본의 벨 실험이 독립적으로 Zc(3900)에 대해 보고했는데, 이는 최초로 확인된 4쿼크 상태이다.[11]

2014년, 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider) 실험 LHCb는 Z(4430) 상태의 존재를 13.9 σ 이상으로 확인했다.[12][13]

2016년 2월, DØ 실험(DØ experiment)은 로 붕괴하는 X(5568)이라는 좁은 테트라쿼크 후보의 증거를 보고했다.[14] 2017년 12월, DØ는 다른 최종 상태를 사용하여 X(5568)을 관측했다고 보고했다.[15] 그러나 LHCb,[16] 콤팩트 뮤온 솔레노이드(Compact Muon Solenoid, CMS),[17] 페르미 국립 가속기 연구소 충돌 검출기(Collider Detector at Fermilab, CDF),[18] 또는 ATLAS 실험[19] 실험의 검색에서는 관측되지 않았다.

2016년 6월, LHCb는 X(4274), X(4500) 및 X(4700)으로 불리는 3개의 추가 테트라쿼크 후보의 발견을 발표했다.[20][21][22]

2020년, LHCb는 테트라쿼크: X(6900)의 발견을 발표했다.[23][24] 2022년, ATLAS도 X(6900)을 관측했으며,[25] 2023년에는 CMS가 X(6600), X(6900) 및 X(7300)의 세 가지 상태의 관측을 보고했다.[26]

2021년, LHCb는 cu를 포함한 4개의 추가 테트라쿼크의 발견을 발표했다.[27]

2022년, LHCb는 cu 및 cd의 발견을 발표했다.[28]

2. 2. 추가 발견 및 확인

21세기에 입자 물리학 실험에서 여러 테트라쿼크 후보가 보고되었다. 이러한 상태의 쿼크 내용은 거의 qQ인데, 여기서 q는 가벼운 (업, 다운 또는 스트레인지) 쿼크를 나타내고, Q는 무거운 (참 또는 바닥) 쿼크를 나타내며, 반쿼크는 오버라인으로 표시된다. qq (또는 QQ)를 가진 테트라쿼크 상태의 존재와 안정성은 이론 물리학자들에 의해 오랫동안 논의되어 왔지만, 아직 실험에서는 보고되지 않았다.[2]

;연혁

  • 2003년, 일본의 벨 실험(Belle experiment)에서 일시적으로 X(3872)라고 불리는 입자가 원래 이론화된 대로 테트라쿼크 후보로 제안되었다.[4] X라는 이름은 임시 이름으로, 속성에 대해 아직 테스트해야 할 몇 가지 질문이 있음을 나타낸다.
  • 2004년, 페르미 국립 가속기 연구소(Fermilab)의 SELEX에서 관측된 DsJ(2632) 상태가 가능한 테트라쿼크 후보로 제시되었다.[6]
  • 2007년, 벨은 Z(4430) 상태(}} 테트라쿼크 후보)의 관측을 발표했다. 또한 같은 해 벨이 발견한 Y(4660)도 테트라쿼크 상태일 수 있다는 징후가 있다.[7]
  • 2009년, 페르미 국립 가속기 연구소(Fermilab)는 일시적으로 Y(4140)라고 불리는 입자를 발견했다고 발표했는데, 이 또한 테트라쿼크일 수 있다.[8]
  • 2010년, DESY의 물리학자 두 명과 카이드-이-아잠 대학교(Quaid-i-Azam University)의 물리학자 한 명이 이전 실험 데이터를 재분석한 결과, (5S) 중간자 (일종의 바닥늄)와 관련하여 잘 정의된 테트라쿼크 공명이 존재한다고 발표했다.[9][10]
  • 2013년 6월, 중국의 BES III 실험과 일본의 벨 실험이 독립적으로 Zc(3900)에 대해 보고했는데, 이는 최초로 확인된 4쿼크 상태이다.[11]
  • 2014년, 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider) 실험 LHCb는 Z(4430) 상태의 존재를 13.9 σ 이상으로 확인했다.[12][13]
  • 2016년 2월, DØ 실험(DØ experiment)은 }}로 붕괴하는 X(5568)이라는 좁은 테트라쿼크 후보의 증거를 보고했다. 2017년 12월, DØ는 다른 최종 상태를 사용하여 X(5568)을 관측했다고 보고했다.[14][15] 그러나 LHCb,[16] 콤팩트 뮤온 솔레노이드(Compact Muon Solenoid, CMS),[17] 페르미 국립 가속기 연구소 충돌 검출기(Collider Detector at Fermilab, CDF),[18] 또는 ATLAS 실험[19] 실험의 검색에서는 관측되지 않았다.
  • 2016년 6월, LHCb는 X(4274), X(4500) 및 X(4700)으로 불리는 3개의 추가 테트라쿼크 후보의 발견을 발표했다.[20][21][22]
  • 2020년, LHCb는 }} 테트라쿼크 X(6900)의 발견을 발표했다.[23][24] 2022년, ATLAS도 X(6900)을 관측했으며,[25] 2023년에는 CMS가 X(6600), X(6900) 및 X(7300)의 세 가지 상태의 관측을 보고했다.[26]
  • 2021년, LHCb는 cu를 포함한 4개의 추가 테트라쿼크의 발견을 발표했다.[27]
  • 2022년, LHCb는 cu 및 cd의 발견을 발표했다.[28]

2. 3. X(5568) 논란

2016년 2월, DØ 실험(DØ experiment)은 로 붕괴하는 X(5568)이라는 좁은 테트라쿼크 후보의 증거를 보고했다.[14] 2017년 12월, DØ는 다른 최종 상태를 사용하여 X(5568)을 관측했다고 보고했다.[15] 그러나 LHCb,[16] 콤팩트 뮤온 솔레노이드(Compact Muon Solenoid, CMS),[17] 페르미 국립 가속기 연구소 충돌 검출기(Collider Detector at Fermilab, CDF),[18] 또는 ATLAS 실험[19] 실험의 검색에서는 관측되지 않았다.

2. 4. LHCb의 추가 발견

2014년, 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider) 실험 LHCb는 Z(4430) 상태의 존재를 13.9 σ 이상으로 확인했다.[12][13]

2016년 6월, LHCb는 X(4274), X(4500) 및 X(4700)으로 불리는 3개의 추가 테트라쿼크 후보의 발견을 발표했다.[20][21][22]

2020년, LHCb는 tetraquark영어: X(6900)의 발견을 발표했다.[23][24] 2022년, ATLAS 실험도 X(6900)을 관측했으며,[25] 2023년에는 콤팩트 뮤온 솔레노이드(Compact Muon Solenoid, CMS)가 X(6600), X(6900) 및 X(7300)의 세 가지 상태의 관측을 보고했다.[26]

2021년, LHCb는 cu를 포함한 4개의 추가 테트라쿼크의 발견을 발표했다.[27]

2022년, LHCb는 cu 및 cd의 발견을 발표했다.[28]

참조

[1] 논문 Hamiltonian, path integral and BRST formulations of large ''N'' scalar QCD2 on the light-front and spontaneous symmetry breaking
[2] 논문 Exotic tetraquark states with the ''qq{{overline|Q}}{{overline|Q}}'' configuration https://link.springe[...] 2017-10-25
[3] 웹사이트 The charming case of X(3872) (APS April 2008) {{!}} symmetry magazine https://www.symmetry[...] 2023-11-09
[4] 웹사이트 The charming case of X(3872) http://www.symmetrym[...] 2009-12-17
[5] 논문 Diquark-antidiquarks with hidden or open charm and the nature of X(3872)
[6] 논문 Regge Trajectories Analysis to D{{su|p=⋆|b=SJ}}(2317)±, DSJ(2460)± and DSJ(2632)+ Mesons
[7] 논문 Charmed Baryonium
[8] 웹사이트 New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics http://www.universet[...] 2014-04-12
[9] 웹사이트 Evidence grows for tetraquarks http://physicsworld.[...] 2014-04-12
[10] 논문 Tetraquark Interpretation of the BELLE Data on the Anomalous Υ(1S)π+π− and Υ(2S)π+π− Production near the Υ(5S) Resonance
[11] 논문 Viewpoint: New Particle Hints at Four-Quark Matter
[12] 웹사이트 LHCb confirms existence of exotic hadrons http://home.web.cern[...] CERN 2016-04-04
[13] 논문 Observation of the resonant character of the Z(4430)− state
[14] 논문 Observation of a new {{Subatomic particle|strange b0}}{{SubatomicParticle|Pion+-}} state
[15] 논문 Study of the X±(5568) state with semileptonic decays of the B{{su|p=0|b=s}} meson
[16] 웹사이트 Recent hot results & semileptonic ''b'' hadron decay http://lhcb-public.w[...] CERN 2016-04-04
[17] 논문 Search for the X(5568) State Decaying into B{{su|p=0|b=s}}π± in Proton-Proton Collisions at √s =8  TeV
[18] 논문 A search for the exotic meson X(5568) with the Collider Detector at Fermilab
[19] 논문 Search for a Structure in the B{{su|p=0|b=s}} π± Invariant Mass Spectrum with the ATLAS Experiment
[20] Announcement Announcement by LHCb http://lhcb-public.w[...]
[21] 논문 Observation of J/ψφ structures consistent with exotic states from amplitude analysis of B{{sup|+}}→J/ψφK{{sup|+}} decays
[22] 논문 Amplitude analysis of B{{sup|+}}→J/ψφK{{sup|+}} decays
[23] 논문 Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum
[24] 웹사이트 Observation of a four-charm-quark tetraquark. https://lhcb-public.[...] CERN 2020-07-12
[25] 웹사이트 ATLAS observes potential four-charm tetraquark https://atlas.cern/U[...] ATLAS 2022-07-09
[26] 웹사이트 CMS Observes A Potential Family Of Tetra-Quark States Composed Only Of Charm Quarks https://cms.cern/new[...] CMS 2024-07-22
[27] 논문 Observation of New Resonances Decaying to J/ψK+ and J/ψϕ 2021-03-02
[28] 웹사이트 LHCb discovers three new exotic particles https://home.cern/ne[...] 2022-07-05
[29] New Particle New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics - Universe Today http://www.universet[...]


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