北京譜儀國(guó)際合作組新發(fā)現(xiàn)的共振態(tài)是在分析J/ψ的輻射衰變到質(zhì)子反質(zhì)子過(guò)程中找到的,即丁肇中教授和里希特教授1974年發(fā)現(xiàn)的、由一對(duì)正反粲夸克組成的J/ψ粒子衰變到光子和這個(gè)新共振態(tài),此共振態(tài)再衰變到質(zhì)子反質(zhì)子對(duì)。J/ψ的衰變研究是研究輕強(qiáng)子譜和尋找新粒子的理想物理過(guò)程。
分析結(jié)果表明: 這個(gè)新共振態(tài)的質(zhì)量為18.59億電子伏特, 寬度小于0.3億電子伏特(左圖)。需要特別指出的是,它的質(zhì)量小于質(zhì)子和反質(zhì)子的質(zhì)量之和。此前在分析北京譜儀改造前在二十世紀(jì)九十年代初獲取得的800萬(wàn)事例數(shù)據(jù)時(shí)就發(fā)現(xiàn)這個(gè)共振態(tài)存在的跡象,但當(dāng)時(shí)由于統(tǒng)計(jì)量有限,不足以確定為新共振態(tài)。
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)和北京譜儀在1999年初完成了升級(jí)改造,整體綜合性能大幅度提高。在此后兩年的運(yùn)行中,北京譜儀獲取了5800萬(wàn)的J/ψ事例,比世界上其他實(shí)驗(yàn)組高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上(右圖)。北京譜儀國(guó)際合作組對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入細(xì)致的分析和研究后發(fā)現(xiàn)了新粒子,可見(jiàn)高統(tǒng)計(jì)量對(duì)新發(fā)現(xiàn)的至關(guān)重要。
目前,已明確排除這個(gè)新共振態(tài)用任何已知的共振態(tài)來(lái)解釋的可能性,從而確認(rèn)是一個(gè)新的粒子。粒子物理把由夸克、反夸克組成的粒子稱為強(qiáng)子,之前的實(shí)驗(yàn)觀察到的強(qiáng)子都是由兩個(gè)或三個(gè)夸克(反夸克)組成的。
尋找多夸克態(tài)一直是國(guó)際高能物理實(shí)驗(yàn)的重要目標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)上早期發(fā)現(xiàn)的數(shù)百個(gè)介子共振態(tài)和重子共振態(tài)中,都沒(méi)有多夸克態(tài)的確鑿證據(jù)。最近,國(guó)際上有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組在進(jìn)行這方面的探索,并取得了顯著進(jìn)展。北京譜儀國(guó)際合作組新發(fā)現(xiàn)的粒子由于特有的性質(zhì),尤其是很窄的寬度而很難歸結(jié)為通常的夸克—反夸克結(jié)合態(tài),因而被推測(cè)為可能是一種多夸克態(tài)。有些物理學(xué)家認(rèn)為,所發(fā)現(xiàn)的共振態(tài)粒子可能是重子反重子束縛態(tài),類似于氘核是質(zhì)子和中子組成的束縛態(tài)。
歐洲核子研究中心著名的理論物理學(xué)家J.Ellis最近在一篇評(píng)論國(guó)際高能物理研究在這個(gè)領(lǐng)域的最新進(jìn)展的文章中,高度評(píng)價(jià)了北京譜儀的這一發(fā)現(xiàn)及其對(duì)發(fā)展強(qiáng)相互作用理論的重要意義。中外物理學(xué)家正對(duì)這個(gè)新共振態(tài)的性質(zhì)和衰變特性從理論和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行深入的研究和討論。
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