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北京譜儀III實驗發(fā)現(xiàn)類粲偶素新衰變模式
時隔15年，再次發(fā)現(xiàn)衰變模式
作者：張雙虎 黃辛 來源：中國科學報 
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.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)以來的第二個含粲偶素衰變模式。這是粒子物理領域的一項重要進展，相關研究已在《物理評論快報》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粒子家族的一個成員。早在1985年，美國的Godfrey和Isgur曾在理論上預言了該粒子的存在。
1994年和2013年，美國的E705實驗和日本的Belle實驗分別對該粒子進行了尋找，并初步觀察到它存在的證據(jù)。2015年，采用新的實驗方法，BESIII實驗確立了ψ2(3823)粒子，并進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，因為他們除具有粲偶素家族粒子的特點外還具有一些奇特的性質，科學家認為它們可能是一類含有四個夸克的新粒子。Y(4660)粒子的質量約4.66 GeV/c2，于2007年被日本Belle實驗發(fā)現(xiàn)，當時只觀測到大約30個信號。2014年，美國的BaBar實驗確認了Y(4660)的存在，也只觀測到大約30個信號。
“關于這個粒子的本質，理論上一直存在各種各樣的猜想和假設，但實驗上一直未能獲得更多的信息，比如新的產生或衰變模式等�！盉elle實驗中國組成員、復旦大學青年研究員王小龍說。
2020年，BESIII實驗在高能量區(qū)域采集了大量的數(shù)據(jù)樣本，能夠對Y(4660)等類粲偶素粒子開展更精細的研究。通過開發(fā)新的研究方法，研究人員克服了ψ2(3823)粒子產額低、本底復雜、效率低的困難，使得觀測到的信號量幾乎翻了一倍。最終BESIII實驗在π+π-ψ2(3823)過程中觀測到了Y(4660)粒子的證據(jù)。
BESIII合作組成員、山東大學教授劉智青說：“這是實驗上首次觀測到Y(4660)粒子和ψ2(3823)的強關聯(lián)證據(jù),也是時隔15年以后第一次在新的含粲偶素末態(tài)中觀察到Y(4660)粒子，對于理解它的本質具有重要的意義�！�
此外，BESIII還測量了ψ2(3823)粒子的性質，精度達到世界最高。
中科院院士、北京大學教授趙光達對這個發(fā)現(xiàn)給予了高度評價：“Belle和BaBar實驗觀測到的Y(4660)粒子信號大約都是30個。BESIII實驗于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實驗的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)之間很強的關聯(lián)。新的研究結果令人驚喜、很有意義，對理解Y(4660)粒子的本質提供了非常有用的啟示�？梢灶A期，未來BESIII還將獲得更多有關類粲偶素粒子的新發(fā)現(xiàn)�！�
中科院院士、復旦大學教授馬余剛對此頗有感慨：“一個新粒子從首次觀測到獲得證實用了七年的時間，又過了七八年才發(fā)現(xiàn)它的新衰變模式。這些研究都需要長期的堅持，需要超出常人的耐心和毅力，以及不懈的探索。BESIII實驗這一項重要科研成果的獲得實屬不易�；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實驗是運行在北京正負電子對撞機上的大科學裝置，由中國科學院高能物理研究所負責建造、運行和維護。自2009年實驗運行以來已經發(fā)表科學論文400余篇。合作組由來自17個國家、83個研究機構的500多名科學家共同組成。 高精度的實驗數(shù)據(jù)得益于探測器的設計和離線軟件科研人員的大量精細刻度工作，同時也感謝北京正負電子對撞機加速器團隊在疫情期間的維護和運行。
相關論文信息:  https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.102003