近日，北京譜儀III（BESIII）合作組在超子Ω-激發(fā)態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究中取得重要進(jìn)展，研究成果以“Evidence for two excited?Ω- hyperons”為題發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Phys. Rev. Lett. 134, 131903 (2025)）上。
1964年，蓋爾曼（M. Gell-Mann）和茨威格（G. Zweig）提出夸克模型，用于強(qiáng)子（指夸克在強(qiáng)相互作用下形成的束縛體系）分類，蓋爾曼因此獲得1969年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。根據(jù)夸克模型，重子屬于強(qiáng)子的一種，含有三個(gè)夸克。類似于原子體系在庫侖勢(shì)中呈現(xiàn)的能級(jí)激發(fā)，重子在強(qiáng)相互作用下同樣展現(xiàn)出復(fù)雜的能譜，表現(xiàn)為重子激發(fā)態(tài)。然而，夸克模型預(yù)測(cè)的重子激發(fā)態(tài)的數(shù)量遠(yuǎn)多于實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的數(shù)量，這便是重子譜學(xué)中最重要的問題之一——“丟失”的重子激發(fā)態(tài)。因此，尋找和研究重子激發(fā)態(tài)有助于我們解決重子“丟失”之謎，完善用于描述強(qiáng)相互作用的量子色動(dòng)力學(xué)理論。與其他輕重子譜相比，我們對(duì)由三個(gè)奇異夸克組成的Ω-超子譜的了解更是非常有限，這促使我們進(jìn)一步尋找更多的Ω-超子激發(fā)態(tài)。
2018年，Belle合作組在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到一個(gè)新粒子的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，Ω（2012）-。一些理論家根據(jù)夸克模型的計(jì)算認(rèn)為Ω（2012）-可能是重子Ω-的第一軌道激發(fā)態(tài)的候選者。然而，還有一些理論家認(rèn)為Ω（2012）-具有強(qiáng)子分子態(tài)的奇特結(jié)構(gòu)。截至目前，Ω（2012）-的性質(zhì)仍然存在很大爭(zhēng)議。
BESIII實(shí)驗(yàn)在高能量區(qū)域采集的大量數(shù)據(jù)樣本，通過開發(fā)出的新的研究方法，在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了Ω（2012）-存在的證據(jù)（信號(hào)顯著性為3.5標(biāo)準(zhǔn)偏差），同時(shí)，BESIII合作組首次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的超子激發(fā)態(tài)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，信號(hào)顯著性達(dá)到了4.1 標(biāo)準(zhǔn)偏差，如圖1所示，研究團(tuán)隊(duì)將其命名為Ω（2109）-。測(cè)量到的質(zhì)量和寬度分別為：
和
BESIII實(shí)驗(yàn)關(guān)于Ω（2109）-和Ω（2012）-的研究成果有助于解決重子激發(fā)態(tài)“丟失”之謎和揭示Ω（2012）-的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)粒子的質(zhì)量與格點(diǎn)量子色動(dòng)力學(xué)的預(yù)言結(jié)果高度吻合——該計(jì)算預(yù)言Ω-超子的兩個(gè)量子數(shù)為JP=1/2-和JP=3/2-的激發(fā)態(tài)的質(zhì)量分別約為2.0GeV/c2和2.1GeV/c2。
高能物理研究所李海波研究員、復(fù)旦大學(xué)羅濤青年研究員和蘭州大學(xué)肖棟青年研究員等合作組成員為這一發(fā)現(xiàn)做出了主要貢獻(xiàn)，北京譜儀III探測(cè)器維護(hù)和離線軟件團(tuán)隊(duì)、北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的加速器運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)為數(shù)據(jù)采集和處理提供了基礎(chǔ)支持。
BESIII合作組得到科技部重點(diǎn)研發(fā)、基金委和科學(xué)院的支持。?
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.131903
論文DOI：10.1103/PhysRevLett.134.131903
圖1：數(shù)據(jù)中信號(hào)區(qū)域(a)和邊帶區(qū)域(b)對(duì)應(yīng)的反沖質(zhì)量譜的聯(lián)合擬合。
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