日本LEPS/SPring-8實驗組 的重大發現

高能量光子與中子作用，產生五夸克粒子，其衰變產物為中子和K介子。

　　在去年(2003)7月份國際頂尖的物理學術期刊《物理評論通訊》(P hysics Review Letter)中，日本的LEPS/SPring-8國際實驗組，發表觀察到由五夸克所構成粒子，定名為，這突破性的結果隨後得到其他美國、德國和蘇俄實驗組的確認，被公認為過去三十年中首次觀察到重子、介子之外，新種類多夸克所構成次原子粒子的最明確證據。這個由五夸克所構成粒子的發現，不僅回答了長期以來理論上的疑問，也確立了複雜夸克系統存在的可能性，進而改變了我們對宇宙大爆炸初期生成物質可能形式的普遍認識。

　　日本LEPS/SPring-8國際實驗組是利用位於日本大阪附近的「播磨科學園區」(Harima Science Garden City)中，當今世界上最高能量及最大亮度的同步輻射設施─SPring-8(Super Photon Ring-8 Ge V)來進行實驗。透過入射雷射光與儲存環中能量為八十億電子伏特( electron volt)的電子進行散射，來產生能量達到十億電子伏特級的極化光子束；藉著這高能量、波長為費米尺度的光子與核子靶的反應，並利用先進的偵測器、電子元件系統記錄下來的各類基本粒子，用以研究夸克之間的強交互力在低能量區域的非微擾(non-perturba tive)作用方式。

　　1997年，蘇俄物理學家D. Diakonov的理論預測，在光子與核子靶中的中子作用時，可能形成五夸克粒子，其衰變產物為中子與K介子 (如右圖)，其預測質量為1530百萬電子伏特，約是氫原子核的1.5 倍重，質量寬度則為15百萬電子伏特。因為這質量和質量寬度遠不同於傳統理論對可能五夸克系統的預測，當時並未受到太大重視。然而 LEPS/SPring-8國際實驗組在分析2000年的實驗資料時，利用量測到的末態粒子和能量守恆原理，進行反應事件重建，在中子與K介子的結合質量譜觀察到一個明確共振態(resonance)，首次證實了這五夸克粒子的存在。

　　團隊所觀察的質量中心位於1540百萬電子伏特，十分接近理論的預測值，其質量的分佈寬度極窄，小於25百萬電子伏特。受限於現有紀錄事件的數目，團隊僅能確定有關這五夸克粒子的質量中心和質量分佈寬度，未來還需要有更多精確的測量，來決定它的自旋量、同位旋、宇稱性和各種可能衰變模式。這些訊息將幫助我們進一步瞭解，在形成這一個束縛系統時，五個夸克是各自參與其中，抑或是先形成二夸克或三夸克的小單位，再互相作用。