数十年にわたり、物理学者たちは増え続ける亜原子粒子のコレクションを丹念に整理してきたが、新参者たちが指定された箱にきちんと収まることを拒否することがある。米国エネルギー省のトーマス・ジェファーソン国立加速器施設の研究者たちは、今度はその混乱の一部を整理するのに役立つかもしれない、予期せぬ2つの構造の証拠を発見した。

そのシグナルは、XYZ状態、つまりクォーク（物質の基本的な構成要素）からなる粒子という従来の描像に当てはまらない、謎めいた物体のグループに光を当てる可能性がある。ジェファーソン研究所の研究者たちは、高エネルギーの光子ビームが陽子標的に衝突したとき、初めてそのような2つのシグナルを検出した。

この発見は、ジェファーソン研究所の実験ホールDにあるグルーオン励起（GlueX）コラボレーションによるもので、最近『Physical Review Letters』に掲載された。この結果は、自然界の基本的な力の1つが物質の形成にどのように寄与しているかを科学者が理解するのに役立つかもしれない。

「私たちは光子ビームで確認済みのXYZ候補を探しに行ったが、代わりに2つの他の構造を発見した」と、ジェファーソン研究所のスタッフ科学者であるマルテ・アルブレヒト氏は語った。「これは新しい情報です。」言い換えれば、彼らは1つのエキゾチック粒子を狙って、偶然2つ以上を発見したのだ。これは大勝利か、宇宙のいたずらのどちらかである。

1950年代以来、高エネルギー衝突実験は、ハドロンと呼ばれる亜原子粒子のまさに動物園を掘り起こしてきた。ハドロンは、2つ以上のクォークが強い核力によって結合された複合粒子である。身近な例としては、陽子と中性子があり、それぞれ3つのクォークを含む（ただし、これらはずっと以前から知られていた）。新参者の中には、通常クォークとその反物質の対応物である反クォークの対からなる、短命な粒子である中間子もあった。

1964年、物理学者はこれらの束縛状態に秩序を与えるためにクォーク模型を導入した。初期のバージョンには、アップ、ダウン、ストレンジという3つのクォークの「フレーバー」があった。例えば、アップクォークとダウンクォークは陽子と中性子を形成し、アップ、ダウン、ストレンジは3つの最も軽いクォークの種類である。その後、1974年に、より重いチャームクォークが登場し、状況をかき乱したが、素粒子と基本的な力を記述する広範な理論である標準模型となる枠組みの構築にも役立ち、既知のハドロン構造のスペクトルを拡張した。

加速器がより強力になり、検出器がより敏感になるにつれて、研究者はより微妙なプロセスを見るようになった。2000年以降、実験は元のクォーク模型に適合しない量子特性を持つハドロンを明らかにし始めた。発見は急速に積み重なり、物理学者はこれらの理解が不十分な粒子の多くにXYZ状態というレッテルを貼った。

「私たちはここで、70数年前と同様の新しい時代にいます」と、ドイツのGSIヘルムホルツ重イオン研究センターとゲーテ大学フランクフルト出身のジェファーソン研究所の共同研究者であるフランク・ナーリング氏は語った。「最初に、ハドロンの動物園が発見されました。今、私たちはいわゆるエキゾチック状態の動物園に直面しています。」

チャームクォークとその反チャームのパートナーを含むハドロンは、チャーモニウムと呼ばれる質量領域を占め、ストレンジクォークと反ストレンジクォークを持つ粒子はストレンジニウムを占める。多くのXYZ状態がこれらのセクターで発見されている。2006年、DOEのSLAC国立加速器研究所のBaBar実験の研究者は、約21.6億電子ボルト（2.16 GeV）の質量を持つ可能性のあるストレンジニウム状態を報告し、Y(2175)と指定した。BaBarは、電子と陽電子の衝突（e+e-対消滅）によってY(2175)を生成した。Y(2175)は、単純なクォーク・反クォーク対として説明するのが難しいかもしれない量子挙動を示した。それは、2つのストレンジクォークと励起グルーオン（強い力のキャリア）を含むハイブリッド状態、4クォークのテトラクォーク、または他の複合粒子の分子のような組み合わせである可能性がある。

その後の電子陽電子衝突型実験（中国のBES、日本のBelle）はY(2175)を確認したが、これまでe+e-対消滅以外のプロセスでは観測されていなかった。「課題は、多くの