近日，北京譜儀Ⅲ實驗發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)量為1882 MeV的共振結(jié)構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《物理評論快報》上（Phys.Rev.Lett. 132,151901 (2024)），被選為亮點論文，同時被美國物理學會以“Evidence of a new subatomic particle（一個新亞原子粒子的證據(jù)）”為標題作新聞報道。
質(zhì)子是構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)對稱粒子，具有和質(zhì)子相同的質(zhì)量但帶有相反的電荷。當質(zhì)子和反質(zhì)子相遇時，它們會相互湮滅，釋放出巨大的能量。然而，一些理論預測質(zhì)子和反質(zhì)子也可以通過強相互作用力結(jié)合形成一種壽命極短的狀態(tài)，稱為質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)。尋找這樣的新型強子態(tài)是高能物理實驗的重要目標之一。
2013年，北京譜儀Ⅲ實驗在研究J/ψ粒子衰變成一個光子和3對正負π介子的過程時，首次在該過程中發(fā)現(xiàn)了新共振結(jié)構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。對該共振結(jié)構的深入研究對理解其性質(zhì)至關重要。
當前，北京譜儀III實驗已經(jīng)采集100億 J/ψ衰變事例，其統(tǒng)計量是之前研究使用數(shù)據(jù)樣本的50倍，為進一步開展相關研究奠定了堅實基礎。利用這批數(shù)據(jù)，在3(π+π-)質(zhì)量譜上首次觀測到了一種反常結(jié)構。該結(jié)構由兩個共振結(jié)構疊加形成，除2013年發(fā)現(xiàn)的X(1840)之外，還存在一個新的共振結(jié)構，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)計顯著性大于10倍標準偏差。這個新共振結(jié)構的質(zhì)量恰好比一個質(zhì)子和一個反質(zhì)子之和略重一點，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驗依據(jù)。
該成果主要由中國科學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。
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
美國物理學會報道：
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