Tetrakvark

Tetrakvark je subatomární částice složená ze dvou kvarků a dvou antikvarků spojených dohromady. Kvarky mají baryonové číslo +1/3, antikvarky −1/3, takže výsledná částice má celkové baryonové číslo 0, tudíž je klasifikována jako exotický mezon.

Dosavadní experimentální výsledky objevů a nezávislého potvrzení tetrakvarků lze shrnout do následujícího přehledu (názvy částic či pozorovaných rezonančních stavů zpravidla obsahují v závorce číselnou hodnotu, vyjadřující klidovou hmotnost odpovídající částice v MeV/c²):

• V roce 2003 byla v experimentu BELLE v Japonsku identifikována částice, pracovně pojmenovaná X(3872), o níž se předpokládalo, že by mohlo jít o tetrakvark.^[1][2] Výsledek byl však neprůkazný.
• Další možný kandidát byl identifikován v roce 2004 na urychlovači Tevatron ve Fermilabu, kde byl pozorován stav D_sJ(2632).
• V roce 2007 v japonském experimentu Belle byl pozorován stav Z(4430), jakožto kandidát na tetrakvark ccdu; další pozorovaný stav Y(4660) by také mohl být kandidátem na tetrakvark.
• V roce 2009 byla ve Fermilabu pozorována částice Y(4140).
• V roce 2010 oznámili v německé laboratoři DESY po reanalýze výsledků spojených s mezonem Y(5S) existenci tetrakvarkových rezonancí.
• Roku 2013 přišel první potvrzený objev tetrakvarku nazvaného Z_c(3900) nezávisle z experimentu BES III v Číně a z japonského BELLE. Experiment BES III přidal dalšího kandidáta na tetrakvark – Z_c(4020).
• V roce 2012 byly v japonském experimentu Belle pozorovány tetrakvarky se skrytou krásou (obsahující kvark b a antikvark b) Z_b(10610) a Z_b(10650).
• V roce 2014 v experimentu LHCb byl v evropské laboratoři CERN potvrzen stav Z(4430) (poprvé objevený v roce 2007) s vysokou statistickou průkazností téměř 14 σ.
• V roce 2016 Fermilab publikoval objev tetrakvarku X(5568) se složením bsud v experimentu DØ^[3], objev se však nepodařilo nezávisle potvrdit na LHCb v CERNu.
• V roce 2016 v experimentu LHCb byla v CERNu potvrzena částice X(4140) (objevená v roce 2009) a nově objeveny excitace X(4274), X(4500), X(4700) se stejným čtyřkvarkovým složením.^[4] Výsledky byly podpořené experimentem, jehož výsledky byly publikované v r. 2021.^[5][6]
• V r. 2020 byl v rámci experimentu LHCb publikován objev tetrakvarku X(6900), složeného ze dvou půvabných kvarků a dvou půvabných antikvarků, tedy všech čtyř kvarků jediné vůně,^[7] ale i tetrakvarku X(2900), který je prvním objeveným tetrakvarkem složeným z kvarků navzájem různých vůní (udsc).^[8] Čínský experiment BESS III přidal objev kandidáta na první nabitý podivný tetrakvark se skrytým půvabem, Z_cs(3985)^– (tomu by odpovídalo složení ccsu).^[9]
• V roce 2021 byl publikován objev nových 4 tetrakvarků v CERNu. Dva patří do skupiny s kvarkovým složením ccss, a sice X(4685) a X(4630); dva mají poprvé pozorované složení ccus, a sice Z_cs(4000)⁺ a Z_cs(4220)⁺.^[5][6]
• V roce 2022 publikoval experiment LHCb v CERNu objev dvou nových typů tetrakvarků: nabitého T^a_cs0(2900)⁺⁺ (s nábojem 2 e a složením udsc) a neutrálního T^a_cs0(2900)⁰ (se složením udsc). Jedná se o izospinový pár tetrakvarků s hmotností 2,908±0,011±0,02 GeV/c², jejich kvantová čísla spinu a parity jsou J^P=0⁺.^[10][11] Stejný experiment oznámil také pozorování dříve předpovězeného tetrakvarku T_cc⁺ s dvojitým půvabem, jehož kvarkové složení je ccud. Má hmotnost je přibližně 3 875 MeV/c², kvantová čísla spinu a parity jsou J^P=1⁺.^[12][13] Pro potvrzení této interpretace pozorování je potřeba ještě zlepšit určení jeho hmotnosti.^[14]
• V roce 2023 byl publikován objev nového tetrakvarku s kvarkovým složením ccds: T^θ_ψS1(4000)⁰,^[15] a také indicie existence prvního experimentálně pozorovaného tetrakvarku s dvojnásobným elementárním nábojem T^a_cs0⁺⁺ (kvarkové složení csud) a jeho izospinového neutrálního partnera T^a_cs0⁰ (kvarkové složení csud).^[16][17]
• Teoretická studie z r. 2024 potvrdila, že částice X(3960), pozorovaná v experimentu LHCb (CERN) v r. 2022, je tetrakvarkem s předpokládaným složením ccss.^[18]

U mnohých čtyřkvarkových stavů je problémem rozlišit skutečně silnou interakcí vázaný stav čtyř kvarků od tzv. mezonové molekuly čili deusonu, dvou mezonů vázaných zbytkovou silnou interakcí podobně jako jsou vázány proton a neutron v deuteronu.^[19]

Pokračují i teoretické práce na objasnění možné stability čtyřkvarkových stavů. V roce 2017 byly dvěma skupinami teoretiků publikovány nezávislé studie ukazující na možnost čtyřkvarkových stavů bbud rozpadajících se slabou interakcí, tedy s předpokladem relativně dlouhé doby života (10⁻¹³ s, tedy o několik řádů delší než u silně se rozpadajících rezonancí).^[20] V roce 2024 počítačové simulace poskytly silnou podporu pro existenci dalšího typu, tetrakvarku T_bc, který obsahuje dva těžké kvarky s vůněmi s a c, dva lehké kvarky (u, d).^[21][22]