高能物理團隊在(類)粲偶素研究中取得重要進展
粲偶素是由一對正反粲夸克組成的束縛態(tài)，自從1974年第一個粲偶素粒子J/psi在實驗上被發(fā)現(xiàn)以來，由此掀起了對于粲偶素研究的熱潮。粲偶素能區(qū)位于微擾-非微擾過渡區(qū)域，對于理解強相互作用的行為非常重要。目前質量在粲介子對DD-bar產(chǎn)生閾值之下的所有粲偶素都已被發(fā)現(xiàn)，并且可以很好地被傳統(tǒng)夸克模型所解釋。但是，在DD-bar閾值之上仍有很多被模型預測卻尚未被發(fā)現(xiàn)的粲偶素，并且在這個能區(qū)，實驗上也發(fā)現(xiàn)了一系列不能由傳統(tǒng)夸克模型所解釋的類粲偶素XYZ粒子，這使得目前DD-bar閾值之上(類)粲偶素能譜的研究非常混亂，仍有很多問題尚未得到解決。基于此，我院高能物理團隊張杰磊副教授等利用北京譜儀BESIII的實驗數(shù)據(jù)對部分(類)粲偶素粒子psi_2(3823)、X(3872)、Zc(4020)等進行了相關研究。
一、尋找psi_2(3823)新的衰變模式
psi_2(3823)粒子存在的證據(jù)首次在Belle實驗上觀測到，之后BESIII實驗在e+e-->pi+pi-psi_2(3823)過程中報告了這個粒子的發(fā)現(xiàn)。這個粒子被認為是粲偶素psi(1 3D2)很好的候選者，很多理論模型也對這個粒子進行了計算，但目前關于這個粒子研究的實驗信息還比較匱乏。最近，我院張杰磊副教授利用BESIII在4GeV以上能區(qū)采集的實驗數(shù)據(jù)對psi_2(3823)的七個衰變模式(gamma chi_c0,1,2, pi+pi-/pi0pi0/eta/pi0 J/psi)進行了尋找與研究，首次發(fā)現(xiàn)了衰變過程psi_2(3823)->gamma chi_c2存在的證據(jù)，以更高顯著性重新發(fā)現(xiàn)了過程psi_2(3823)->gamma chi_c1，未觀測到其它過程存在的信號。其中，對于psi_2(3823)->gamma chi_c2的測量結果與理論計算一致，但對于psi_2(3823)->pi+pi-J/psi的測量結果與理論計算并不符合，需要理論進一步的研究。除此之外，研究中也首次發(fā)現(xiàn)了過程e+e-->pi0pi0psi_2(3823)存在的證據(jù)，測量結果與同位旋對稱性的預期是一致的。該工作近期以“Search for new decay modes of the psi_2(3823) and the process e+e-->pi0pi0psi_2(3823)”為題以Letter形式發(fā)表在國際權威期刊Physical Review D上(論文鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevD.103.L091102)。
圖1：psi_2(3823)的七個衰變模式和過程e+e-->pi0pi0psi_2(3823)的不變質量譜
二、e+e-->pi0X(3872)gamma的研究和Zc(4020)->X(3872)gamma的尋找
X(3872)是第一個被發(fā)現(xiàn)的類粲偶素粒子，時至今日人們對它的性質仍不清楚。其中，X(3872)的質量與DD*閾值之差是幫助理解X(3872)性質的一個重要物理量，但目前的實驗測量誤差還比較大，不足以判斷X(3872)質量是在DD*閾值之上還是閾值之下，有理論預言可以通過e+e-->pi0X(3872)gamma過程中的X(3872)gamma譜形精確的得出這個差值。并且，該過程也可以用來尋找Zc(4020)->X(3872)gamma衰變，幫助定量研究X(3872)和Zc(4020)的分子態(tài)圖像模型。近日，我院碩士研究生朱騰蛟同學在導師張杰磊副教授的指導下，利用BESIII在4GeV以上能區(qū)采集的實驗數(shù)據(jù)首次研究了過程e+e-->pi0X(3872)gamma，并在此過程中首次尋找了衰變Zc(4020)->X(3872)gamma。受限于目前實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計量，并沒有觀測到這兩個過程顯著的信號，因此給出了截面和分支比比值的上限測量結果。該實驗測量結果與目前的理論預測結果并不沖突，需要更大統(tǒng)計量的實驗數(shù)據(jù)來進一步檢驗理論模型，這個有可能在未來的超級陶-粲裝置上被實現(xiàn)。該工作近期以“Study of e+e-->pi0X(3872)gamma and search for Zc(4020)->X(3872)gamma”為題發(fā)表在國際權威期刊Physical Review D上(論文鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevD.104.012001)。
圖2：e+e-->pi0X(3872)gamma和e+e-->pi0Zc(4020)->pi0X(3872)gamma的實驗上限測量結果
上述兩個工作得到了國家自然科學基金青年基金項目及信陽師范學院南湖青年學者計劃的資助，同時得到了中國科學院高能物理研究所王至勇、張景芝研究員的指導和幫助。
北京譜儀BESIII實驗是目前世界上唯一一臺運行在陶-粲能區(qū)的正負電子對撞機實驗，目前共有來自17個國家80個成員單位的約500名科學家參加。信陽師范學院作為BESIII實驗的成員單位之一，在BESIII的數(shù)據(jù)質量檢查、物理分析等方面做出了重要的貢獻。
