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我院张杰磊课题组在《Physical Review Letters》发表重要研究成果

近日,我院张杰磊课题组基于北京谱仪III(BESIII)实验采集的大统计量实验数据,在e+e-→ωχc1和e+e-→ωχc2过程中观测到两个显著的共振结构,其中一个结构很可能是粲偶素态ψ(4415),另一个结构是被首次观测到的新共振态。相关研究成果发表在物理学顶级学术期刊《物理评论快报》杂志[PhysicalReviewLetters132,161901(2024)]。

1964年,盖尔曼和茨威格提出了著名的夸克模型,这个模型认为强子可以分为两类:由三个夸克组成的重子和由正反夸克组成的介子。在过去的几十年里,夸克模型成功地描述了实验上观测到的几乎所有的强子。然而,近年来实验上又在粲偶素能区发现了很多新的粒子,如X(3872)、Y(4230)和Zc(3900)等,这些粒子内部虽然含有正反粲夸克,但在常规的粲偶素能谱中并不能找到其对应的位置,因此这些粒子是奇特强子态很好的候选者。一些理论模型将它们解释为混杂态、四夸克态或分子态等,为了理解这些粒子的性质,更多的实验测量结果是必需的。

在本项工作中,我们测量了过程e+e-→ωχc1,2在正负电子质心系能量为4.308至4.951GeV区间内的截面,在每个过程的截面分布中分别观测到一个显著的结构。在用单个共振态描述截面分布的假设下,e+e-→ωχc1过程中结构的质量和宽度被测量为M=(4544.2±18.7±1.7)MeV/c2和Γ=(116.1±33.5±1.7)MeV,这个共振结构是首次在实验上被观测到,显著性为5.8σ。这个结构的质量要显著高于最近在e+e-→K+K-J/ψ和e+e-→D*0D*-π+过程中在4.480GeV/c2附近观测到的结构,根据目前的测量信息,我们尚不清楚这两个共振结构是否是一个态,因此在这一能区进行更高精度的测量是必要的。对于e+e-→ωχc2过程中的结构,测量的参数为M=(4413.6±9.0±0.8)MeV/c2和Γ=(110.5±15.0±2.9)MeV,这表明这个结构很可能是常规的粲偶素态ψ(4415),并且意味着隐粲衰变过程ψ(4415)→ωχc2的存在。

这些测量结果为进一步理解奇特强子态的性质提供更多的实验信息,推动了该领域的研究进展。根据国际大型实验合作组文章作者署名惯例,文章作者按合作组成员姓氏首字母顺序排列,我院张杰磊课题组主导完成了本项研究工作。该工作受到国家自然科学基金、河南省自然科学基金和河南大学的支持。

图1e+e-→ωχc1(左图)和e+e-→ωχc2(右图)截面的拟合结果,两个显著的结构被观测到

文章链接:

PRL文章链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.132.161901

arXiv链接:https://arxiv.org/abs/2401.14720