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物理学院朱世琳教授课题组曾预言的双粲奇特强子被LHCb实验发现

2021-08-11 08:51     来源:核物理与核技术国家重点实验室     LHC欧洲核子研究中心高能物理
近日,欧洲核子研究中心大型强子对撞机底夸克探测器(LHCb)实验组在欧洲物理学会高能物理会议(EPS-HEP)上宣布,探测到包含两个粲夸克、一个反上夸克和一个反下夸克的四夸克态TCC+,从而证实了物理学院朱世琳教授与合作者2012年预言的由DD*介子构成的双粲奇特强子态。

2021年7月29日,欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机底夸克探测器(Large Hadron Collider beauty,LHCb)实验组在欧洲物理学会高能物理会议(European Physical Society Conference on High Energy Physics, EPS-HEP)上宣布,探测到一种被标记为TCC+的四夸克粒子;这是迄今所发现的“寿命最长”的奇特物质粒子(the longest-lived exotic matter particle ever discovered),也是首次发现由两个重的夸克和两个轻的反夸克组成的奇特强子(the first to contain two heavy quarks and two light antiquarks)。


奇特强子TCC+(图片来源:欧洲核子研究中心)

近年来,高能物理大型国际实验陆续发现了一些由四个夸克或五个夸克组成的奇特强子,它们大都同时包含一对正、反粲夸克。此次发现的TCC+粒子包含两个粲夸克、一个反上夸克和一个反下夸克,粲数为2,与之前所发现的奇特强子相比,显得异常独特,被物理学家称为“双粲”(double open charm)。而且,TCC+的质量非常接近并低于D与D*介子的质量之和,这使得转化为一对介子的衰变“难于进行”,因而粒子的寿命得以延长。

2012年,北京大学物理学院、核物理与核技术国家重点实验室朱世琳教授课题组与兰州大学物理科学与技术学院刘翔教授课题组合作,首先深入分析了X(3872)体系的同位旋破缺效应,随后采用相同的理论框架,详细研究了含有双重味的四夸克分子态,预言存在由DD*介子构成的浅束缚态(结合能约为470keV),与LHCb本次实验测得的双重味TCC+吻合度极高。相关研究成果以“D(*)D(*)、Bbar(*)Bbar(*)及D(*)Bbar(*)分子态的耦合道分析”为题,2013年发表于《物理评论D》(Physical Review D, 88, 114008),作者包括北大物理学院2013届博士毕业生李宁(现为中山大学副教授)、兰大物理学院2014届博士毕业生孙志峰、刘翔和朱世琳。TCC+粒子的理论预测与实验发现为物理学家寻找奇特强子态指明了新方向,对深入研究强子谱学和理解低能强相互作用具有重要意义。

朱世琳课题组长期从事非微扰强相互作用研究,2011年曾给出由粲重子和反粲介子构成隐粲五夸克态的理论预言。2015年,LHCb实验首次发现五夸克态,先后被英国物理学会期刊《物理世界》(PhysicsWorld)和美国物理学会期刊《物理》(Physics)评为年度物理学重大突破(Breakthrough of the Year 2015)和年度物理学标志性进展(Highlights of the Year 2015)。

欧洲核子研究中心报道:https://home.cern/news/news/physics/twice-charm-long-lived-exotic-particle-discovered

朱世琳课题组Phys. Rev. D (2013)论文链接:https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.88.114008

延伸阅读:欧核中心发现迄今“最长寿” 奇特粒子,中国科学家9年前曾给出精准预测

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