近日，BESIII合作組首次確定了奇特強子態(tài)X(3872)的共振態(tài)形狀，為理解其本質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了重要依據(jù)。該研究成果于2024年4月12日在線發(fā)表在《物理評論快報》[Phys.Rev.Lett.132,151903]上。
2003年，科學(xué)家在Belle實驗上研究B介子衰變時偶然發(fā)現(xiàn)在π+π–J/ψ質(zhì)量譜上有一個非常窄的能量峰，這個結(jié)構(gòu)對應(yīng)含有一對正反粲夸克的一種新粒子，它的性質(zhì)與人們熟知的粲夸克偶素性質(zhì)截然不同，因此被認為有可能是理論家預(yù)言的奇特強子態(tài)，即不同于重子和介子的新一類強子。自此，對奇特強子態(tài)的研究引起了粒子物理學(xué)界極大的興趣，國際上CDF、D0、BaBar、LHCb、BESIII等實驗都證實了X(3872)的存在，但它的本質(zhì)是什么，一直缺乏足夠的證據(jù)來確定。2013年，BESIII實驗發(fā)現(xiàn)了帶電荷的Zc(3900)，因為其含有一對正反粲夸克且?guī)в须姾?，提示它至少由四個夸克組成，因而成為首個確定的多夸克態(tài)，在國際上引發(fā)了實驗和理論研究的熱潮。
為深入理解X(3872)的結(jié)構(gòu)，BESIII實驗上開展了一系列研究，尤其是對它的共振態(tài)形狀(line shape)的研究。由于X(3872)的質(zhì)量正好位于粲介子對
的產(chǎn)生閾值處，它的各個衰變過程之間有很強的耦合效應(yīng)，所以很難通過單一過程正確地提取其各項參數(shù)信息。最近，BESIII合作組對它的兩個主要衰變過程
和π+π–J/ψ進行了聯(lián)合分析，克服了耦合效應(yīng)難以分析的困難，首次得到了完整的共振態(tài)形狀（圖1）。研究結(jié)果表明在X(3872)的波函數(shù)中分子態(tài)占主導(dǎo)地位，但同時存在緊致的短程內(nèi)核。這項研究對理解X(3872)粒子的結(jié)構(gòu)具有重要的意義。
這項研究由實驗物理中心博士研究生馬俊力、博士后杜蒙川在苑長征研究員和南開大學(xué)殷俊昊副教授指導(dǎo)下共同完成，北京譜儀III探測器維護和離線軟件團隊、北京正負電子對撞機的加速器運行維護團隊為數(shù)據(jù)采集和分析做出了重要貢獻。
(a) 
和 (b) π+π–J/ψ道的擬合結(jié)果. (c) X(3872)的線形.
URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.132.151903
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.151903
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