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　　近日，Physical Review Letters(《物理(li)評論快報》)正式發(fa)表了由(you)中(zhong)國科學(xue)院大學(xue)(以(yi)下簡稱“國科大”)粒子(zi)物理(li)實(shi)驗團隊主導的在歐洲核子(zi)中(zhong)心LHCb實(shi)驗上發(fa)現(xian)的首(shou)個雙電荷四夸克(ke)(ke)態(tai)物理(li)結(jie)果。同時(shi)該(gai)研(yan)究還發(fa)現(xian)了中(zhong)性的四夸克(ke)(ke)態(tai)伙伴。

　　該(gai)研(yan)究以LHCb合作組署(shu)名發(fa)表于Physical Review Letters，并(bing)被(bei)選(xuan)為當期(qi)“Editors’ Suggestion”(編輯推(tui)薦文章(zhang))和(he)“Feature in Physics”，并(bing)以“A Pair of New Tetraquarks”為題報道于美國物(wu)理(li)學會(hui)網站。同時，該(gai)研(yan)究在Physical Review D發(fa)表一篇長文，分析更(geng)多研(yan)究細節。

實驗上發現雙電(dian)荷四(si)夸克態(tai)及(ji)其中性伙伴

　　團隊通(tong)過分析LHCb實驗上采集(ji)的海(hai)量質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)-質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)對撞(zhuang)數據(ju)，在底(di)介(jie)子(zi)(zi)(zi)衰變(bian)中的帶(dai)(dai)電(dian)奇異粲介(jie)子(zi)(zi)(zi)(夸(kua)(kua)(kua)(kua)克(ke)(ke)成份為(wei)1個(ge)粲夸(kua)(kua)(kua)(kua)克(ke)(ke)和(he)1個(ge)反奇異夸(kua)(kua)(kua)(kua)克(ke)(ke))和(he)帶(dai)(dai)電(dian)介(jie)子(zi)(zi)(zi)末態(tai)中觀測到(dao)了一(yi)個(ge)帶(dai)(dai)有雙(shuang)(shuang)電(dian)荷的粒(li)子(zi)(zi)(zi)，衰變(bian)性質(zhi)(zhi)與(yu)普(pu)通(tong)介(jie)子(zi)(zi)(zi)相似。但普(pu)通(tong)介(jie)子(zi)(zi)(zi)由兩個(ge)夸(kua)(kua)(kua)(kua)克(ke)(ke)組(zu)成，最多攜帶(dai)(dai)一(yi)個(ge)電(dian)荷，因此新粒(li)子(zi)(zi)(zi)內部要求包含至少四(si)個(ge)夸(kua)(kua)(kua)(kua)克(ke)(ke)。同時還在同位旋對稱的衰變(bian)末態(tai)中，發(fa)現(xian)了該粒(li)子(zi)(zi)(zi)的中性伴(ban)隨態(tai)。這兩個(ge)粒(li)子(zi)(zi)(zi)發(fa)現(xian)的統(tong)計(ji)顯(xian)著性均大于6倍標準偏差。這是首次在實驗上發(fa)現(xian)雙(shuang)(shuang)電(dian)荷四(si)夸(kua)(kua)(kua)(kua)克(ke)(ke)態(tai)強子(zi)(zi)(zi)，而且是同時發(fa)現(xian)兩種全新夸(kua)(kua)(kua)(kua)克(ke)(ke)組(zu)分的強子(zi)(zi)(zi)伙伴(ban)。

　　此次發現的(de)(de)四(si)夸(kua)克(ke)態內部(bu)結(jie)構非常奇特：包含了四(si)種不(bu)同類(lei)型的(de)(de)夸(kua)克(ke)成(cheng)份，上夸(kua)克(ke)、下夸(kua)克(ke)、奇異夸(kua)克(ke)和(he)(he)粲(can)夸(kua)克(ke)各(ge)一個，涵蓋了前(qian)兩代的(de)(de)所有夸(kua)克(ke)，測量得到(dao)它們的(de)(de)質(zhi)量約(yue)為質(zhi)子質(zhi)量的(de)(de)3.1倍。本(ben)研究結(jie)果2022年7月在歐洲核子中心網站(zhan)和(he)(he)英國BBC網站(zhan)公開(kai)報道(dao)，2023年1月相(xiang)關(guan)期刊(kan)論文被PRL和(he)(he)PRD接受發表，但受國際形勢影響，近期才正式發表。

發現的兩個四夸(kua)克(ke)態的夸(kua)克(ke)成份示意圖

　　理(li)論(lun)上，雙電荷粒子內部(bu)四(si)個(ge)夸克(ke)均為(wei)同號電荷，會存(cun)在(zai)(zai)更強的(de)(de)(de)庫(ku)倫排斥(chi)力，其內部(bu)的(de)(de)(de)強相(xiang)互(hu)作用會比其他強子態(tai)(tai)更強，因此這兩個(ge)四(si)夸克(ke)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)發現為(wei)確(que)認自然界中(zhong)存(cun)在(zai)(zai)超(chao)出常規重子與(yu)介子的(de)(de)(de)新物(wu)質(zhi)形態(tai)(tai)提(ti)供了全新的(de)(de)(de)實驗證據，有(you)助于加深我(wo)們對宇宙中(zhong)物(wu)質(zhi)最基本(ben)結(jie)構的(de)(de)(de)理(li)解(jie)(jie)。這引(yin)起(qi)了國(guo)際(ji)粒子物(wu)理(li)同行高度關(guan)注，可能的(de)(de)(de)解(jie)(jie)釋包括緊致的(de)(de)(de)四(si)夸克(ke)態(tai)(tai)或者含四(si)個(ge)夸克(ke)的(de)(de)(de)分子態(tai)(tai)等，至今已有(you)20多項(xiang)相(xiang)關(guan)理(li)論(lun)研究。值得注意(yi)的(de)(de)(de)是，2017年中(zhong)國(guo)朱世琳理(li)論(lun)團隊等曾預言了包含相(xiang)同夸克(ke)成份的(de)(de)(de)四(si)夸克(ke)態(tai)(tai)存(cun)在(zai)(zai)，計算(suan)的(de)(de)(de)質(zhi)量與(yu)本(ben)實驗結(jie)果一(yi)致。

　　國(guo)科大粒子物理(li)實(shi)驗團隊長期以來致力于四夸克(ke)奇特強子態的(de)(de)研(yan)(yan)究，并(bing)取得系列重要成果(guo)。團隊負責人鄭陽恒教(jiao)授(shou)、骨干呂曉睿教(jiao)授(shou)、錢文斌教(jiao)授(shou)和(he)劉倩(qian)副(fu)教(jiao)授(shou)一起帶領國(guo)科大研(yan)(yan)究生(sheng)和(he)本科生(sheng)主導完成了該研(yan)(yan)究成果(guo)。特別指出的(de)(de)是，該團隊研(yan)(yan)發的(de)(de)振幅分析基(ji)礎軟(ruan)件工具TF-PWA在相關研(yan)(yan)究中發揮了關鍵作用。

　　LHCb實驗是(shi)歐(ou)洲核(he)子(zi)研究(jiu)中心(xin)大(da)(da)型強子(zi)對撞機(ji)上的粒子(zi)物(wu)理(li)實驗裝置(zhi)(zhi)之一(yi)，是(shi)國(guo)際(ji)上研究(jiu)新型強子(zi)態的重要裝置(zhi)(zhi)。研究(jiu)參與單位還包(bao)括(kuo)：英國(guo)華(hua)威(wei)大(da)(da)學(xue)、美國(guo)麻省理(li)工學(xue)院、法國(guo)馬(ma)賽(sai)粒子(zi)物(wu)理(li)實驗室、清華(hua)大(da)(da)學(xue)等。本研究(jiu)成果得到了國(guo)家自然科學(xue)基金(jin)、科技(ji)部重點研發計(ji)劃、中國(guo)科學(xue)院及(ji)教育部中央高校基本科研業務費(fei)(fei)專項資金(jin)等項目(mu)經(jing)費(fei)(fei)的支持。