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北京谱仪BESIII物理|国家科学评论专题

2021-12-11 13:31     来源:中国科学杂志社     北京正负电子对撞机

王贻芳

北京正负电子对撞机(BEPC)及其重大改造工程(BEPCII)运行的质心能量范围是2-5 GeV,最大亮度为 1×1033 cm-2s-1,是我国唯一的大型高能物理对撞机。BEPCII于2008年开始运行,其正负电子对撞事例由北京谱仪(BESIII)记录并进行物理研究。BESIII是基于最先进的探测技术设计而成的。2005年,在BESIII实验工作的物理学家形成了一个大型的国际合作组—BESIII Collaboration,包括来自17个国家80个研究机构的500多名物理学家。
在过去12年中,BESIII在电弱相互作用和强相互作用的多个方面取得了一系列重要成果,在国际知名期刊发表物理论文约400篇,其中最重要的成果包括:

发现“四夸克物质”Zc(3900)、Zc(4020)和Zcs(3985),发现Y(4260)的精细结构以及X(3872)的新产生模式。

精确测量标准模型的参数陶轻子质量以及CKM矩阵元Vcd和Vcs。

利用100亿J/ψ事例样本加深了对胶球、质子-反质子质量阈值附近的共振结构、以及其它轻奇特强子态的理解。

精确测量了低能正负电子湮灭截面和粲介子衰变中的强相差,为其它实验提供了重要输入;精确测量了粲介子纯轻和半轻衰变率,对格点QCD的计算提供了高灵敏度检验。

发现了J/ψ衰变中的超子极化,为寻找超出标准模型CP破坏的来源提供了新的机遇。

测量了核子、∧超子和∧c重子类时电磁形状因子,从而揭示了重子阈值附近的新奇行为,促进了其他重子阈值附近的深入研究。

本期《国家科学评论》(National Science Review, NSR)“BESIII物理”专题收录了多篇综述文章,涵盖了上述一些最重要的结果和对未来十年研究前景的展望,涉及粲物理、粲偶素和类粲偶素奇特态、轻强子谱、轻介子衰变、重子性质和新物理寻找等。这些成果代表了过去几十年中对陶粲能区物理理解的进步。专题还包含一篇对Luciano Maiani教授的采访,他是粲夸克概念的提出者之一,1999至2003年担任欧洲核子研究中心总干事。

BEPCII最初计划运行的能量是根据2009年发表的BESIII物理黄皮书确定的。迄今为止,BESIII已收集100亿J/ψ事例、30亿ψ(2S)事例、3 fb-1 ψ(3770)事例、以及大约25 fb-1能量高于4 GeV的数据。

2020年发表的BESIII物理白皮书提出对BESIII/BEPCII进行升级。升级计划包括将质心能量从5 GeV增加到5.6 GeV并在高能量下将对撞亮度提高三倍,该计划最近得到了中国科学院的批准。随着接下来三年中粲介子数据的积累和2024年升级完成后更多数据的采集,BESIII将可能把粲介子衰变测量精度提高三倍,并且探索4.7-5.6 GeV这个人类几乎未曾涉足的能区,这可能会为含粲夸克奇特强子态的研究打开一扇新的窗口。

BESIII是世界上首屈一指的陶粲能区实验,是一个典型的、规模庞大且不断扩大的国际合作的典范,它为中国物理学家在追寻对大自然基本规律的理解上发挥世界领先作用铺平了道路。

感谢BESIII合作组、BEPCII和中国科学院高能物理研究所的支撑人员,感谢科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等国内资助机构,以及国外BESIII合作组的资助机构。


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