蘭州大學粒子物理核子物理團隊首次發現含有奇异誇克的隱粲四誇克態訊號

本研究工作獲得了國家自然科學基金委、科技部以及蘭州大學人才建設經費及基本科研業務費的大力支持。團隊通過分析北京譜儀III實驗2020年採集的對撞數據,在含有奇异誇克的粲介子衰變末態中發現了四誇克粒子Zcs的訊號。這是國際上首次發現含有奇异誇克的隱粲四誇克粒子Zcs訊號。


北京譜儀III實驗上發現四誇克態Zcs(3985)訊號(紅色陰影部分)

3月11日,《物理評論快報》(Physical Review Letters)發表了由蘭州大學團隊與中國科學院大學團隊合作,主導完成的北京譜儀III實驗含奇异誇克的隱粲四誇克態物理結果,並被選為當期編輯推薦文章(Editors’Suggestion)和“Featurein Physics”。美國物理學會網站以“New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions”為標題對其進行了報導。本研究工作獲得了國家自然科學基金委、科技部以及蘭州大學人才建設經費及基本科研業務費的大力支持。

團隊通過分析北京譜儀III實驗2020年採集的對撞數據,在含有奇异誇克的粲介子衰變末態中發現了四誇克粒子Zcs(3985)的訊號。這是國際上首次發現含有奇异誇克的隱粲四誇克粒子Zcs訊號。該成果在arXiv預印本網站發表後不久,就引發了30餘篇相關研究工作對此進行討論。

四誇克態Zcs在正負電子對撞機上產生示意圖

多誇克强子的實驗研究對完善人們對於宇宙中物質最基本結構的理解具有重要科學意義,是國際粒子物理界當前的熱點問題。針對這一基礎前沿問題,蘭州大學核科學與技術學院、稀有同位素前沿科學中心青年研究員李培榮帶領團隊成員深度參與北京譜儀III實驗項目。“在2020年疫情期間,團隊成員積極參與實驗數據獲取及離線數據質量監測。在保證數據質量的基礎上,深入理解對撞產生的實驗數據,精心設計分析算灋和篩選邏輯,對Zcs產生以及衰變鏈條進行有針對性的尋找和量測。通過一年多時間的連續奮戰,反復驗證,排除了所有可能性,最終確認了Zcs的存在。Zcs訊號的產率低,本底複雜,觀測難度非常大。”北京譜儀III實驗合作組蘭州大學團隊負責人李培榮介紹道。

北京譜儀III實驗探測譜儀示意圖

“Zcs的發現為研究和尋找新型强子態打開了一個新的維度。由於其含有更重的奇异誇克,質量變得更大,其內部結構和衰變性質都值得後續在理論和實驗上做進一步研究。”現任北京譜儀III實驗聯合發言人呂曉睿教授表示,Zcs的發現對於豐富人類對物質基本結構的理解具有重要科學意義。中國科學院大學粒子物理實驗團隊負責人鄭陽恒教授介紹到:“含奇异誇克的Zcs四誇克態是國際粒子物理界期望能在實驗上找到的。北京譜儀III實驗上帶電四誇克態Zcs(3985)的首次發現,為我們進一步理解奇特强子性質和非微擾强相互作用性質,給出了關鍵實驗依據。”

新聞背景:

北京譜儀III實驗是運行在北京正負電子對撞機上的通用探測譜儀,是國際上唯一運行在陶粲能區的大型高能物理實驗研究裝置,實驗合作組由來自16個國家76家組織超過500餘比特科學家組成,其中國外科研單位占一半左右。北京正負電子對撞機取得了一批在國際上有重要影響的研究成果,使我國在高能物理前沿佔有了一席之地。2009年蘭州大學正式加入北京譜儀III國際合作組成為正式成員。按照國際高能物理實驗慣例,合作組論文由全體成員署名,按作者姓氏的英文字母順序排序,次序不表明貢獻大小。

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