北京譜儀III(BESIII)實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組3月26日宣布,在最近采集的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的共振結(jié)構(gòu),暫時(shí)命名為Zc(3900)。粲能區(qū)的粒子一般都含有粲夸克和反粲夸克,稱為粲偶素,都是中性的,不帶電荷。新發(fā)現(xiàn)的Zc(3900)含有粲夸克和反粲夸克且?guī)в泻碗娮酉嗤蛳喾吹碾姾?,提示其中至少含有四個(gè)夸克,可能是科學(xué)家們長(zhǎng)期尋找的一種奇特強(qiáng)子。
傳統(tǒng)的夸克模型認(rèn)為介子由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成,重子由三個(gè)夸克或三個(gè)反夸克組成,介子和重子統(tǒng)稱為強(qiáng)子。然而描述夸克之間強(qiáng)相互作用的理論卻并不排除以其它方式組成的粒子,如夸克膠子混雜態(tài)、強(qiáng)子分子態(tài)、多夸克態(tài)、膠子球等。實(shí)驗(yàn)上對(duì)這些奇特強(qiáng)子的尋找從未停止,但目前的證據(jù)尚不足以確認(rèn)它們的存在。國(guó)際上許多實(shí)驗(yàn)對(duì)強(qiáng)子譜進(jìn)行了廣泛的研究,發(fā)現(xiàn)了一系列新的共振結(jié)構(gòu),但由于數(shù)據(jù)的匱乏和理論的局限,尚不能確定這些粒子的屬性。
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)/北京譜儀經(jīng)過(guò)改造后,于2009年正式開始運(yùn)行,性能得到大幅提升,現(xiàn)在取數(shù)1天獲得的數(shù)據(jù)約相當(dāng)于過(guò)去100天獲得的數(shù)據(jù)。近300名來(lái)自11個(gè)國(guó)家的50個(gè)大學(xué)或研究所的科學(xué)家參加了BESIII實(shí)驗(yàn)。北京譜儀測(cè)量正負(fù)電子對(duì)撞后的衰變產(chǎn)物,重建對(duì)撞過(guò)程,開展物理研究。此次發(fā)現(xiàn)的Zc(3900)質(zhì)量比一個(gè)氦原子略大,壽命很短,在10-23秒內(nèi)衰變?yōu)橐粋€(gè)帶電π粒子和一個(gè)J/ψ粒子。這一性質(zhì)與普通介子態(tài)完全不同。雖然其自旋和宇稱量子數(shù)、其他衰變和產(chǎn)生模式等性質(zhì)仍然未知,但卻提供了奇特強(qiáng)子態(tài)存在的有力證據(jù),對(duì)于定量的理解強(qiáng)子是如何由夸克組成的、檢驗(yàn)強(qiáng)相互作用理論具有重要意義。
BESIII實(shí)驗(yàn)將繼續(xù)收集數(shù)據(jù)。預(yù)計(jì)到今年夏天,數(shù)據(jù)量將達(dá)到目前的四倍,屆時(shí)對(duì)Zc(3900)的性質(zhì)會(huì)有全面深入的了解。更重要的是,BESIII實(shí)驗(yàn)對(duì)研究粲偶素能區(qū)的物理有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以為強(qiáng)相互作用理論提供重要的參考與校正點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)組希望以Zc(3900)這個(gè)奇特共振結(jié)構(gòu)的研究為突破口,在積累大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,全面理解近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一系列新的粲偶素或類粲偶素粒子,并確認(rèn)奇特強(qiáng)子的存在。

北京譜儀III實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的新的共振結(jié)構(gòu)Zc(3900)
(BEPC信息員李恒提供)