近日，北京譜儀III（BESIII）合作組在超子Ω-激發(fā)態(tài)的實驗研究中取得重要進展，研究成果以“Evidence for two excited?Ω- hyperons”為題發(fā)表在《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 134, 131903 (2025)）上。
1964年，蓋爾曼（M. Gell-Mann）和茨威格（G. Zweig）提出夸克模型，用于強子（指夸克在強相互作用下形成的束縛體系）分類，蓋爾曼因此獲得1969年諾貝爾物理學獎。根據(jù)夸克模型，重子屬于強子的一種，含有三個夸克。類似于原子體系在庫侖勢中呈現(xiàn)的能級激發(fā)，重子在強相互作用下同樣展現(xiàn)出復雜的能譜，表現(xiàn)為重子激發(fā)態(tài)。然而，夸克模型預測的重子激發(fā)態(tài)的數(shù)量遠多于實驗上觀測到的數(shù)量，這便是重子譜學中最重要的問題之一——“丟失”的重子激發(fā)態(tài)。因此，尋找和研究重子激發(fā)態(tài)有助于我們解決重子“丟失”之謎，完善用于描述強相互作用的量子色動力學理論。與其他輕重子譜相比，我們對由三個奇異夸克組成的Ω-超子譜的了解更是非常有限，這促使我們進一步尋找更多的Ω-超子激發(fā)態(tài)。
2018年，Belle合作組在實驗上觀測到一個新粒子的實驗證據(jù)，Ω（2012）-。一些理論家根據(jù)夸克模型的計算認為Ω（2012）-可能是重子Ω-的第一軌道激發(fā)態(tài)的候選者。然而，還有一些理論家認為Ω（2012）-具有強子分子態(tài)的奇特結構。截至目前，Ω（2012）-的性質(zhì)仍然存在很大爭議。
BESIII實驗在高能量區(qū)域采集的大量數(shù)據(jù)樣本，通過開發(fā)出的新的研究方法，在實驗上證實了Ω（2012）-存在的證據(jù)（信號顯著性為3.5標準偏差），同時，BESIII合作組首次發(fā)現(xiàn)了一個新的超子激發(fā)態(tài)的實驗證據(jù)，信號顯著性達到了4.1 標準偏差，如圖1所示，研究團隊將其命名為Ω（2109）-。測量到的質(zhì)量和寬度分別為：
和
BESIII實驗關于Ω（2109）-和Ω（2012）-的研究成果有助于解決重子激發(fā)態(tài)“丟失”之謎和揭示Ω（2012）-的內(nèi)部結構。這兩個粒子的質(zhì)量與格點量子色動力學的預言結果高度吻合——該計算預言Ω-超子的兩個量子數(shù)為JP=1/2-和JP=3/2-的激發(fā)態(tài)的質(zhì)量分別約為2.0GeV/c2和2.1GeV/c2。
高能物理研究所李海波研究員、復旦大學羅濤青年研究員和蘭州大學肖棟青年研究員等合作組成員為這一發(fā)現(xiàn)做出了主要貢獻，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)采集和處理提供了基礎支持。
BESIII合作組得到科技部重點研發(fā)、基金委和科學院的支持。?
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.131903
論文DOI：10.1103/PhysRevLett.134.131903
圖1：數(shù)據(jù)中信號區(qū)域(a)和邊帶區(qū)域(b)對應的反沖質(zhì)量譜的聯(lián)合擬合。
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