3月11日,《物理評論快報(bào)》(Physics Review Letters)發(fā)表了北京正負(fù)電子對撞機(jī)上北京譜儀(BESIII)實(shí)驗(yàn)新發(fā)現(xiàn)的首個(gè)含奇異夸克的隱粲四夸克候選態(tài)Zcs(3985)的成果[Phys. Rev. Lett. 126, 102001 (2021)]。相關(guān)研究成果論文被PRL選為當(dāng)期”Feature in Physics”和編輯推薦文章,并在美國物理學(xué)會(huì)網(wǎng)站上以” New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions”為題報(bào)道。這是國際上首次發(fā)現(xiàn)含有奇異夸克的隱粲四夸克候選態(tài)Zcs信號。該成果在arXiv預(yù)印本網(wǎng)站發(fā)表不久后便引發(fā)了30多次相關(guān)研究工作的引用。
實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過分析BESIII實(shí)驗(yàn)2020年新采集的46.8億電子伏特(4.68 GeV)對撞能量的數(shù)據(jù),在含有奇異夸克的粲介子衰變末態(tài)中發(fā)現(xiàn)了全新的四夸克候選態(tài)Zcs(3985)的信號,質(zhì)量約為39.8億電子伏特,相當(dāng)于質(zhì)子質(zhì)量的4倍還多,其帶有1個(gè)單位電荷,且衰變到1個(gè)中性粲介子(夸克成份
)和1個(gè)帶電且含奇異夸克(s)的粲介子(夸克成份
),所以它必然包含至少四個(gè)夸克成份
。
與傳統(tǒng)三夸克重子或兩夸克介子相比,包含有更多價(jià)夸克組分的強(qiáng)子通常稱為奇特強(qiáng)子態(tài)。對奇特強(qiáng)子態(tài)的研究為科研人員提供了一個(gè)獨(dú)特的視角來深入理解量子色動(dòng)力學(xué)理論中的非微擾效應(yīng)及色禁閉機(jī)制。含奇異夸克的隱粲四夸克候選態(tài)Zcs的存在已經(jīng)被很多理論模型所預(yù)言,然而在此之前實(shí)驗(yàn)上還從沒有觀測到。
北京正負(fù)電子對撞機(jī)在2020年實(shí)現(xiàn)了能量升級后的正式運(yùn)行,在4.6-4.7 GeV能量范圍內(nèi)積累了總亮度約3.8 fb^-1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為將來高精度研究粲重子和類粲偶素能譜提供了重要數(shù)據(jù)。Zcs(3985)正是在其中4.68 GeV的質(zhì)心系能量上發(fā)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在分析
反應(yīng)過程中,在
和
的質(zhì)量閾值附近發(fā)現(xiàn)一個(gè)清楚的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(見圖)。細(xì)致研究表明,該增強(qiáng)結(jié)構(gòu)無法用任何已知的傳統(tǒng)粲介子激發(fā)態(tài)來解釋,但可以通過引入一個(gè)新的
奇特態(tài)來描述,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的非常好,并測量得到了約127個(gè)
或
末態(tài),所以其內(nèi)部結(jié)構(gòu)至少含有
四個(gè)夸克,被認(rèn)為是早先預(yù)言存在的含有奇異夸克的隱粲四夸克態(tài)Zcs的首個(gè)候選者。
正如2020年出版的BESIII實(shí)驗(yàn)白皮書中所建議的,北京正負(fù)電子對撞機(jī)在連續(xù)注入模式的亮度升級和最高對撞能量升級后的重要物理目標(biāo)之一就是
的尋找和測量。得益于加速器升級計(jì)劃的順利實(shí)施,才使得發(fā)現(xiàn)Zcs這一重要成果成為可能。Zcs(3985)的發(fā)現(xiàn)將加深對量子色動(dòng)力學(xué)理論中非微擾效應(yīng)的理解,這一發(fā)現(xiàn)對認(rèn)識強(qiáng)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)具有里程碑的意義。未來,期望BESIII實(shí)驗(yàn)在4.68 GeV附近獲取更大統(tǒng)計(jì)量的數(shù)據(jù),這將對進(jìn)一步理解Zcs的產(chǎn)生機(jī)制,測量其自旋宇稱量子數(shù),尋找中性Zcs同伴及更重的高激發(fā)伴隨態(tài)都有重要意義。
更多信息:
在線發(fā)表文章鏈接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.102001
美國物理學(xué)會(huì)網(wǎng)站報(bào)道: https://physics.aps.org/articles/v14/s33
INSPIRE數(shù)據(jù)庫: https://inspirehep.net/literature/1830518

示意圖

增強(qiáng)結(jié)構(gòu)示意圖