近日，Physical Review Letters（《物理評(píng)論快報(bào)》）正式發(fā)表了由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)粒子物理實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的在歐洲核子中心LHCb實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的首個(gè)雙電荷四夸克態(tài)物理結(jié)果。同時(shí)該研究還發(fā)現(xiàn)了中性的四夸克態(tài)伙伴。
(資料圖片)
該研究以LHCb合作組署名發(fā)表于Physical Review Letters，并被選為當(dāng)期“Editors’ Suggestion”（編輯推薦文章）和“Feature in Physics”，并以“A Pair of New Tetraquarks”為題報(bào)道于美國(guó)物理學(xué)會(huì)網(wǎng)站。同時(shí)，該研究在Physical Review D發(fā)表一篇長(zhǎng)文，分析更多研究細(xì)節(jié)。
實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)雙電荷四夸克態(tài)及其中性伙伴
團(tuán)隊(duì)通過分析LHCb實(shí)驗(yàn)上采集的海量質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞數(shù)據(jù)，在底介子衰變中的帶電奇異粲介子（夸克成份為1個(gè)粲夸克和1個(gè)反奇異夸克）和帶電介子末態(tài)中觀測(cè)到了一個(gè)帶有雙電荷的粒子，衰變性質(zhì)與普通介子相似。但普通介子由兩個(gè)夸克組成，最多攜帶一個(gè)電荷，因此新粒子內(nèi)部要求包含至少四個(gè)夸克。同時(shí)還在同位旋對(duì)稱的衰變末態(tài)中，發(fā)現(xiàn)了該粒子的中性伴隨態(tài)。這兩個(gè)粒子發(fā)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)顯著性均大于6倍標(biāo)準(zhǔn)偏差。這是首次在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)雙電荷四夸克態(tài)強(qiáng)子，而且是同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩種全新夸克組分的強(qiáng)子伙伴。
此次發(fā)現(xiàn)的四夸克態(tài)內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常奇特：包含了四種不同類型的夸克成份，上夸克、下夸克、奇異夸克和粲夸克各一個(gè)，涵蓋了前兩代的所有夸克，測(cè)量得到它們的質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的3.1倍。本研究結(jié)果2022年7月在歐洲核子中心網(wǎng)站和英國(guó)BBC網(wǎng)站公開報(bào)道，2023年1月相關(guān)期刊論文被PRL和PRD接受發(fā)表，但受國(guó)際形勢(shì)影響，近期才正式發(fā)表。
發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)四夸克態(tài)的夸克成份示意圖
理論上，雙電荷粒子內(nèi)部四個(gè)夸克均為同號(hào)電荷，會(huì)存在更強(qiáng)的庫(kù)倫排斥力，其內(nèi)部的強(qiáng)相互作用會(huì)比其他強(qiáng)子態(tài)更強(qiáng)，因此這兩個(gè)四夸克態(tài)的發(fā)現(xiàn)為確認(rèn)自然界中存在超出常規(guī)重子與介子的新物質(zhì)形態(tài)提供了全新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，有助于加深我們對(duì)宇宙中物質(zhì)最基本結(jié)構(gòu)的理解。這引起了國(guó)際粒子物理同行高度關(guān)注，可能的解釋包括緊致的四夸克態(tài)或者含四個(gè)夸克的分子態(tài)等，至今已有20多項(xiàng)相關(guān)理論研究。值得注意的是，2017年中國(guó)朱世琳理論團(tuán)隊(duì)等曾預(yù)言了包含相同夸克成份的四夸克態(tài)存在，計(jì)算的質(zhì)量與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
中國(guó)科學(xué)院大學(xué)粒子物理實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來致力于四夸克奇特強(qiáng)子態(tài)的研究，并取得系列重要成果。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人鄭陽(yáng)恒教授、骨干呂曉睿教授、錢文斌教授和劉倩副教授一起帶領(lǐng)中國(guó)科學(xué)院大學(xué)研究生和本科生主導(dǎo)完成了該研究成果。特別指出的是，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的振幅分析基礎(chǔ)軟件工具TF-PWA在相關(guān)研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
LHCb實(shí)驗(yàn)是歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的粒子物理實(shí)驗(yàn)裝置之一，是國(guó)際上研究新型強(qiáng)子態(tài)的重要裝置。研究參與單位還包括：英國(guó)華威大學(xué)、美國(guó)麻省理工學(xué)院、法國(guó)馬賽粒子物理實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)等。本研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院及教育部中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持。
詳細(xì)信息：
《物理評(píng)論快報(bào)》在線發(fā)表鏈接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.041902
《物理評(píng)論D》在線發(fā)表鏈接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.108.012017
美國(guó)物理學(xué)會(huì)網(wǎng)站報(bào)道：
https://link.aps.org/doi/10.1103/Physics.16.s42
振幅分析基礎(chǔ)軟件工具鏈接：
https://tf-pwa.readthedocs.io/en/latest/
標(biāo)簽：
