国科大粒子物理团队主导发现两个新型四夸克态

  • 粒子物理团队 (物理科学学院)
  • 创建于 2022-07-08
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图片来源:CERN

  近日,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上底夸克物理实验(LHCb)国际合作组宣布,发现三个新奇特态粒子:一个新型“五夸克态”强子和两个互为伴随态的新型“四夸克态”强子。其中,两个“四夸克态”强子由中国科学院大学粒子物理团队主导发现,一个带有两个电荷,另一个为中性。它们的内部结构很奇特:包含了四种不同类型的夸克成份,质量约为质子质量的3.1倍。这是首次在实验上发现双电荷“四夸克态”强子,而且是同时发现两种全新夸克组分的强子伙伴。  

  理论上,双电荷粒子内部四个夸克均为同号电荷,会存在更强的库伦排斥力,其内部的强相互作用会比其他强子态更强。因此,这两个四夸克态的发现为确认自然界中存在超出常规重子与介子的新物质形态提供了全新的实验证据,将有助于加深人类对宇宙中物质最基本结构的理解。这一成果引发了国际粒子物理同行的高度关注。

  “中国科学家在LHCb实验上持续扮演重要角色,特别是在新型强子态研究方面,就像此次的新发现一样,展现了令人瞩目的成就。”英国曼切斯特大学教授、LHCb实验合作组负责人Chris Parkes教授评价:“此次新四夸克态发现的数据处理依赖于中国几位同事开发的软件工具。”

  7月9日,在第41届国际高能物理大会上,国科大博士生马瑞廷代表LHCb实验组对新四夸克态的发现研究做了口头学术报告。

  国科大粒子物理实验团队长期致力于四夸克奇特强子态的研究,并取得了一系列重要的成果。

  国科大物理学院副教授钱文斌介绍了该成果的发现过程,“我们通过分析LHCb实验上采集的海量质子-质子对撞数据,观测到了一个带有双电荷的粒子,衰变性质与普通介子相似。但普通介子由两个夸克组成,最多携带一个电荷,因此新粒子内部要求包含至少四个夸克。同时还在同位旋对称的衰变末态中,发现了该粒子的中性伴随态。这两个粒子发现的统计显著性均大于6倍标准偏差。”

  国科大物理学院教授吕晓睿表示,此次研究能同时发现两种新类型的四夸克态,得益于团队创新性地联合分析了两个不同衰变的物理过程。而且国科大团队主导开发的基础软件TF-PWA通用振幅分析工具起到了关键作用。国科大2015级本科生蒋艺和2016级本科生刘寅睿是该工具开发的骨干。

  团队负责人,国科大物理学院教授郑阳恒表示:“此次两个新型四夸克态的发现,是团队协作的成果。国科大本科生和研究生在其中也发挥了关键作用,这也充分体现了国科大科教融合的人才培养特色。”

  LHCb实验是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一,是国际上研究新型强子态的重要装置。该研究的参与单位还包括:英国华威大学、美国麻省理工学院、法国马赛粒子物理实验室、清华大学等。本研究成果得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国科学院、及教育部中央高校基本科研业务费专项资金等项目经费的支持。

  欧洲核子中心新闻报道:
https://home.cern/news/news/physics/lhcb-discovers-three-new-exotic-particles

责任编辑:脱畅