近日，BESIII合作組首次確定了奇特強(qiáng)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(píng)論快報(bào)》[Phys.Rev.Lett.132,151903]上。
2003年，科學(xué)家在Belle實(shí)驗(yàn)上研究B介子衰變時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)在π+π–J/ψ質(zhì)量譜上有一個(gè)非常窄的能量峰，這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)含有一對(duì)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(rèn)為有可能是理論家預(yù)言的奇特強(qiáng)子態(tài)，即不同于重子和介子的新一類強(qiáng)子。自此，對(duì)奇特強(qiáng)子態(tài)的研究引起了粒子物理學(xué)界極大的興趣，國(guó)際上CDF、D0、BaBar、LHCb、BESIII等實(shí)驗(yàn)都證實(shí)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(lái)確定。2013年，BESIII實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了帶電荷的Zc(3900)，因?yàn)槠浜幸粚?duì)正反粲夸克且?guī)в须姾?，提示它至少由四個(gè)夸克組成，因而成為首個(gè)確定的多夸克態(tài)，在國(guó)際上引發(fā)了實(shí)驗(yàn)和理論研究的熱潮。
為深入理解X(3872)的結(jié)構(gòu)，BESIII實(shí)驗(yàn)上開展了一系列研究，尤其是對(duì)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(duì)
的產(chǎn)生閾值處，它的各個(gè)衰變過程之間有很強(qiáng)的耦合效應(yīng)，所以很難通過單一過程正確地提取其各項(xiàng)參數(shù)信息。最近，BESIII合作組對(duì)它的兩個(gè)主要衰變過程
和π+π–J/ψ進(jìn)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(shí)存在緊致的短程內(nèi)核。這項(xiàng)研究對(duì)理解X(3872)粒子的結(jié)構(gòu)具有重要的意義。
這項(xiàng)研究由實(shí)驗(yàn)物理中心博士研究生馬俊力、博士后杜蒙川在苑長(zhǎng)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(cè)器維護(hù)和離線軟件團(tuán)隊(duì)、北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的加速器運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)為數(shù)據(jù)采集和分析做出了重要貢獻(xiàn)。
(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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