国科大北京谱仪III实验团队在矢量类粲偶素态研究中取得系列重要进展

       2023年11月24日，《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线发表了北京谱仪III（BESIII）实验对 e⁺e^–→K⁺K^–J/ψ 研究的工作，发现了一个新的矢量类粲偶素Y(4710)。同时在今年3月份， BESIII实验发现了矢量类粲偶素态Y(4230)、Y(4500)和Y(4660)衰变到粲介子 D*D*π 的新模式，成果发表在《物理评论快报》上。国科大实验粒子物理团队在这一系列工作中做出主导贡献，相关成果拓宽了研究奇特强子态的实验手段。

图1：BESIII实验在e⁺e^–→D*⁰D*^–π⁺ 中观测到的三个类粲偶素态

图2：BESIII实验在 e⁺e^–→K⁺K^–J/ψ 中观测到的Y(4710)

       强相互作用是已知的最强相互作用，能够解释比电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用更多的质量来源。强相互作用主导了已知物质中的质子、中子以及宇宙射线中发现的介子的质量产生。而标准模型中的量子色动力学（QCD）在描述强相互作用、解释质量来源取得了巨大成功，同时预言了全新的奇特强子态的存在。该系列研究的矢量类粲偶素Y 态是奇特强子态的一类代表，理论上其结构不同于质子和中子的三夸克结构以及介子的正反两夸克结构。实验上类粲偶素Y 态的发现不仅给物理学家如何应用QCD理论带来了挑战，也为人们进一步深入理解强相互作用动力学机制提供了契机。

       强子理论提出，一对介子和反介子可能在强相互作用下形成类似分子的结构。例如，之前实验上发现的Y(4500)，可能对应于反奇异粲介子-奇异反粲介子形成的包含四个夸克的分子束缚态[D_s1D_s]。国科大团队在今年早些时候观察到Y(4500)衰变到不含奇异夸克的粲介子末态新模式，与奇异粲介子对的分子束缚态的图像不符，为理解Y(4500)的内部结构给出了关键信息。此外，这项研究还发现Y(4230)粒子的电子衰变分宽度与理论预测的混杂态结构不符。而近期新发现的Y(4710)态是迄今为止在隐粲末态观测到的最重的类粲偶素态，内部可能包含了丰富的混杂态成分。

       以上这些研究为理解奇特强子态形成的动力学行为提供了新的关键数据，理论学家相继提出了紧致四夸克态、混杂介子态、强子分子态等模型来解释这些新的发现和现象，推动了对强相互作用机制的理解。以上工作的主要合作单位包括兰州大学、北京大学、山东大学和中国科学院高能物理研究所和吉林大学等。相关研究获得了科技部、基金委、中国科学院和我校相关经费的支持。

       国科大实验粒子物理团队深度参与BESIII实验，团队成员在实验合作组中发挥重要角色，其中郑阳恒教授曾担任实验国际合作组联合负责人和执委会委员，吕晓睿教授2018年至今担任合作组联合负责人。国科大团队近十年来在BESIII实验的奇特强子态研究中取得多个重要成果，有力推动了强子物理领域的发展。

在线发表文章链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.121901

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.211902