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    物理学院在北京谱仪III实验中发现与胶球性质一致的X(2370)粒子

    发布时间:2024-05-13 点击次数: 作者:物理学院 来源:科学技术处

    图1. J/ψ粒子辐射衰变到X(2370)粒子示意图

    在粒子物理学标准模型中,胶子是传播强相互作用的基本粒子。根据描述强相互作用的基本理论——量子色动力学的规范理论特性,胶子间存在自相互作用而可以形成束缚态—胶球。胶球是标准模型的重要预言,也是自然界中唯一由基本粒子自相互作用形成的粒子,因此,在实验上寻找胶球对检验标准模型极其重要,也一直是北京正负电子对撞机实验建造及升级改造最重要的物理目标之一。

    近日,由南京大学物理学院金山教授为主要参与者的北京正负电子对撞机上北京谱仪III合作组首次测量了

    粒子的自旋宇称量子数,结果为

    ,其质量与理论上预言的最轻赝标量胶球的质量一致。

    X(2370)粒子是金山教授(原中国科学院高能物理研究所研究员)与中国科学院高能物理研究所博士后黄燕萍合作于2011年在北京谱仪III实验上通过研究

    衰变过程中发现的新粒子,这是实验上首次在J/ψ粒子的辐射衰变过程中观测到与格点量子色动力学理论赝标量胶球预期质量一致的粒子。由于胶球被公认为应该在J/ψ粒子的辐射衰变中丰富地产生,而且

    模式可能是赝标量胶球的主要衰变模式之一,实验上观测到的X(2370)粒子的产生和衰变性质都与胶球的特性一致。因此在实验上测定X(2370)粒子的自旋宇称量子数对确认其是否为赝标量胶球至关重要。

    在本分析中,北京谱仪III合作组利用100亿

    粒子实验数据和

    过程几乎无物理本底的优势,首次完成了对

    粒子的自旋宇称分析,测得的自旋、宇称、电荷共轭量子数为JPC=

    ,质量为

    。实验结果与格点量子色动力学理论中最轻的赝标量胶球预期(质量为2395±14 MeV/c2 )一致。

    这一研究成果于2024年5月2日作为编辑推荐(Editor’s Suggestion)文章发表在《物理评论快报》杂志。该实验研究成果由南京大学物理学院金山教授和中国科学院高能物理研究所黄燕萍研究员为主合作并指导中国科学院高能物理研究所博士生张鹏完成,同时北京谱仪III探测器维护和离线软件团队、北京正负电子对撞机加速器运行维护团队在数据采集过程中的高效工作为本次发现提供了保障。

    图2.

    过程观测到的

    不变质量谱及其拟合结果。

    文章链接: https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.132.181901

    该研究成果Big Think网站科普链接:

    https://bigthink.com/starts-with-a-bang/new-particle-first-glueball/