近日，北京譜儀Ⅲ實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量為1882 MeV的共振結(jié)構(gòu)X（1880），很可能為質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)，該研究成果于2024年4月9日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上（Phys.Rev.Lett. 132,151901 (2024)），被選為亮點(diǎn)論文，同時(shí)被美國(guó)物理學(xué)會(huì)以“Evidence of a new subatomic particle（一個(gè)新亞原子粒子的證據(jù)）”為標(biāo)題作新聞報(bào)道。
質(zhì)子是構(gòu)成原子核的基本粒子之一，而反質(zhì)子則是質(zhì)子的反物質(zhì)對(duì)稱(chēng)粒子，具有和質(zhì)子相同的質(zhì)量但帶有相反的電荷。當(dāng)質(zhì)子和反質(zhì)子相遇時(shí)，它們會(huì)相互湮滅，釋放出巨大的能量。然而，一些理論預(yù)測(cè)質(zhì)子和反質(zhì)子也可以通過(guò)強(qiáng)相互作用力結(jié)合形成一種壽命極短的狀態(tài)，稱(chēng)為質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)。尋找這樣的新型強(qiáng)子態(tài)是高能物理實(shí)驗(yàn)的重要目標(biāo)之一。
2013年，北京譜儀Ⅲ實(shí)驗(yàn)在研究J/ψ粒子衰變成一個(gè)光子和3對(duì)正負(fù)π介子的過(guò)程時(shí)，首次在該過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了新共振結(jié)構(gòu)X(1840)，其質(zhì)量恰好位于質(zhì)子-反質(zhì)子質(zhì)量閾值附近，但略低于該閾值。對(duì)該共振結(jié)構(gòu)的深入研究對(duì)理解其性質(zhì)至關(guān)重要。
當(dāng)前，北京譜儀III實(shí)驗(yàn)已經(jīng)采集100億 J/ψ衰變事例，其統(tǒng)計(jì)量是之前研究使用數(shù)據(jù)樣本的50倍，為進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。利用這批數(shù)據(jù)，在3(π+π-)質(zhì)量譜上首次觀測(cè)到了一種反常結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)共振結(jié)構(gòu)疊加形成，除2013年發(fā)現(xiàn)的X(1840)之外，還存在一個(gè)新的共振結(jié)構(gòu)，被命名為X(1880)，其質(zhì)量和寬度分別為1882.1±1.7±0.7 MeV和30.7±5.5±2.4 MeV，統(tǒng)計(jì)顯著性大于10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差。這個(gè)新共振結(jié)構(gòu)的質(zhì)量恰好比一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)反質(zhì)子之和略重一點(diǎn)，其性質(zhì)很像是質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)，為質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)的存在提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
該成果主要由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所房雙世研究員、博士研究生陳通和廣西師范大學(xué)秦麗清副教授等北京譜儀Ⅲ合作組成員共同完成。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)。
核子-反核子束縛態(tài)示意圖
延伸閱讀：
Phys. Rev. Lett.文章：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.151901
美國(guó)物理學(xué)會(huì)報(bào)道：
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