中国科学家主导发现新的全粲四夸克粒子家族,复旦CMS团队做出重要贡献

作者:杨明杰摄影: 视频: 来源:现代物理研究所发布时间:2022-07-12

7月9日,在第41届国际高能物理大会(ICHEP2022)上,欧洲大型强子对撞机LHC上的CMS实验国际合作组报告了最新的奇特粒子实验进展:发现了一个可能由全粲四夸克组成的奇特粒子家族。这是中国科学家首次在CMS实验上主导新粒子的发现。

基于2016~2018年采集的所有“质子-质子”对撞数据,CMS合作组在两个粲夸克偶素(J/ψ,夸克成分为粲夸克c和反粲夸克c ̅)的不变质量谱中观测到了一个新的粒子家族,其中的每一个粒子都可能是由四个同味重夸克(ccc ̅c ̅)组成的四夸克态,夸克组分有别于由两个或者三个夸克组成的传统强子,被归类为奇特强子。该家族中的三个共振峰依据质量被暂时命名为X(6600)(显著度超过5个标准差)、X(6900)(显著度超过5个标准差)和X(7300)(显著度4.1倍标准差)。其中,X(6900)粒子的存在证据已在两年前被LHCb实验观测到,CMS的观测结果再次确认了X(6900)的存在,而X(6600)和X(7300)粒子均是在世界上首次被观测到。这也是首次在实验上观测到可能由纯重味夸克组成的奇特粒子家族,是奇特强子研究领域的重要突破。

CMS实验在双J/ψ质量谱上看到3个共振峰,从左到右依次为:X(6600)、X(6900)、X(7300)

CMS合作组由50多个国家、约240个单位的4000多名成员组成。我校现代物理研究所代表复旦大学于2019年12月正式加入其中。近年来,中国CMS组在希格斯粒子性质测量和多玻色子研究等方面成绩突出,本次全粲四夸克态家族的发现进一步提升了中国科学家在高能物理国际合作组中的地位。复旦大学现代物理研究所博士后高旭阳承担了大部分蒙特卡洛产生工作,为最终质量谱的本底成分研究和拟合策略制定提供了重要输入信息。

对于CMS实验此次的研究成果,曾在世界上首次对全粲四夸克态家族进行了理论预言的著名理论粒子物理学家、北京大学赵光达院士评论道:“全粲四夸克态家族的发现对我们理解强相互作用有着十分重要的意义。在这个系统中,由于没有轻夸克组分,不太会形成‘常见’的通过交换轻介子而形成的分子态结构,从而给我们提供一个更为简单的、易于理解的物理图像。”

2007年美国物理学会樱井奖(J. J. Sakurai Prize)得主、斯坦福大学教授Stanley Brodsky对这一结果评论道:“新发现的双J/ψ强子家族开辟了四夸克态研究中一个重要的新领域。”

美国布鲁克海文国家实验室资深科学家、D0实验前发言人Dmitri Denisov在ICHEP2022会议现场评价:“理解强相互作用是粒子物理研究中最重要的问题之一,LHC上的CMS合作组发现的这些新共振态为更深入的理解基本粒子间的相互作用铺平了道路,期待未来有更多这样令人兴奋的发现!”

复旦大学现代物理研究所的CMS团队于2019年成立,目前团队有教授2人,博士后研究生若干。主要研究方向集中于轻子末态新物理寻找,顶夸克产生机制,重离子对撞中的强耦合夸克-胶子等离子体等物理课题,并已发表多篇研究成果。同时也在硬件方面积极参与新一代高粒度量能器项目。

制图:复旦现物所CMS实验组实习编辑:沈家怡责任编辑:李斯嘉

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