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北京譜儀III實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)類粲偶素新衰變模式
時(shí)隔15年，再次發(fā)現(xiàn)衰變模式
作者：張雙虎 黃辛 來源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 
山東拓普生物工程有限公司  http://qp8008.cn
近日，北京譜儀III（BESIII）合作組發(fā)現(xiàn)了類粲偶素Y(4660)和Y(4360)粒子的新衰變模式π+π-ψ2(3823)，是Y(4660)粒子自發(fā)現(xiàn)以來的第二個(gè)含粲偶素衰變模式。這是粒子物理領(lǐng)域的一項(xiàng)重要進(jìn)展，相關(guān)研究已在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。
ψ2(3823)粒子是丁肇中先生1974年發(fā)現(xiàn)的粲偶素J/ψ粒子家族的一個(gè)成員。早在1985年，美國(guó)的Godfrey和Isgur曾在理論上預(yù)言了該粒子的存在。
1994年和2013年，美國(guó)的E705實(shí)驗(yàn)和日本的Belle實(shí)驗(yàn)分別對(duì)該粒子進(jìn)行了尋找，并初步觀察到它存在的證據(jù)。2015年，采用新的實(shí)驗(yàn)方法，BESIII實(shí)驗(yàn)確立了ψ2(3823)粒子，并進(jìn)一步用該粒子作為探針開展其它研究。
Y(4660)和Y(4360)則稱為類粲偶素，因?yàn)樗麄兂�具有粲偶素家族粒子的特點(diǎn)外還具有一些奇特的性質(zhì)，科學(xué)家認(rèn)為它們可能是一類含有四個(gè)夸克的新粒子。Y(4660)粒子的質(zhì)量約4.66 GeV/c2，于2007年被日本Belle實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)只觀測(cè)到大約30個(gè)信號(hào)。2014年，美國(guó)的BaBar實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了Y(4660)的存在，也只觀測(cè)到大約30個(gè)信號(hào)。
“關(guān)于這個(gè)粒子的本質(zhì)，理論上一直存在各種各樣的猜想和假設(shè)，但實(shí)驗(yàn)上一直未能獲得更多的信息，比如新的產(chǎn)生或衰變模式等�！盉elle實(shí)驗(yàn)中國(guó)組成員、復(fù)旦大學(xué)青年研究員王小龍說。
2020年，BESIII實(shí)驗(yàn)在高能量區(qū)域采集了大量的數(shù)據(jù)樣本，能夠?qū)�Y(4660)等類粲偶素粒子開展更精細(xì)的研究。通過開發(fā)新的研究方法，研究人員克服了ψ2(3823)粒子產(chǎn)額低、本底復(fù)雜、效率低的困難，使得觀測(cè)到的信號(hào)量幾乎翻了一倍。最終BESIII實(shí)驗(yàn)在π+π-ψ2(3823)過程中觀測(cè)到了Y(4660)粒子的證據(jù)。
BESIII合作組成員、山東大學(xué)教授劉智青說：“這是實(shí)驗(yàn)上首次觀測(cè)到Y(jié)(4660)粒子和ψ2(3823)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)證據(jù),也是時(shí)隔15年以后第一次在新的含粲偶素末態(tài)中觀察到Y(jié)(4660)粒子，對(duì)于理解它的本質(zhì)具有重要的意義。”
此外，BESIII還測(cè)量了ψ2(3823)粒子的性質(zhì)，精度達(dá)到世界最高。
中科院院士、北京大學(xué)教授趙光達(dá)對(duì)這個(gè)發(fā)現(xiàn)給予了高度評(píng)價(jià)：“Belle和BaBar實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的Y(4660)粒子信號(hào)大約都是30個(gè)。BESIII實(shí)驗(yàn)于2020年在Y(4660)粒子的能區(qū)采集了大量的數(shù)據(jù)樣本，約為Belle和BaBar實(shí)驗(yàn)的50倍。這些數(shù)據(jù)用于研究類粲偶素粒子，并于兩年后發(fā)現(xiàn)了Y(4660)與ψ2(3823)之間很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。新的研究結(jié)果令人驚喜、很有意義，對(duì)理解Y(4660)粒子的本質(zhì)提供了非常有用的啟示�？梢灶A(yù)期，未來BESIII還將獲得更多有關(guān)類粲偶素粒子的新發(fā)現(xiàn)。”
中科院院士、復(fù)旦大學(xué)教授馬余剛對(duì)此頗有感慨：“一個(gè)新粒子從首次觀測(cè)到獲得證實(shí)用了七年的時(shí)間，又過了七八年才發(fā)現(xiàn)它的新衰變模式。這些研究都需要長(zhǎng)期的堅(jiān)持，需要超出常人的耐心和毅力，以及不懈的探索。BESIII實(shí)驗(yàn)這一項(xiàng)重要科研成果的獲得實(shí)屬不易�；蛟S這也正是研究的魅力和發(fā)現(xiàn)的樂趣所在。”
北京譜儀III實(shí)驗(yàn)是運(yùn)行在北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上的大科學(xué)裝置，由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所負(fù)責(zé)建造、運(yùn)行和維護(hù)。自2009年實(shí)驗(yàn)運(yùn)行以來已經(jīng)發(fā)表科學(xué)論文400余篇。合作組由來自17個(gè)國(guó)家、83個(gè)研究機(jī)構(gòu)的500多名科學(xué)家共同組成。 高精度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得益于探測(cè)器的設(shè)計(jì)和離線軟件科研人員的大量精細(xì)刻度工作，同時(shí)也感謝北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)加速器團(tuán)隊(duì)在疫情期間的維護(hù)和運(yùn)行。
相關(guān)論文信息:  https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.102003