清华大学研究团队为LHCb实验发现新的底重子激发态做出主要贡献
文章来源：清华大学工程物理系
更新时间：2022-04-27 17:10
欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的底夸克实验（LHCb）近期在底重子Λ_b^0，K^-介子和π^+介子组成的三体系统中发现了两个新的底重子Ξ_b^0的激发态，相关成果于2022年4月21日发表于《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 128 (2022) 162001】。清华大学工物系近代物理研究所团队完成了本次新发现的主要工作。
利用2015-2018年采集的质子-质子对撞数据，LHCb实验在Λ_b^0，K^-和π^+组成的末态中发现了两个新的峰结构。峰结构的信号显著性水平超过9倍标准偏差。进一步的质量、宽度测量和衰变模式研究表明它们与轨道角动量为2的底重子Ξ_b^0激发态相符。根据其质量测量结果，这两个新粒子被命名为Ξ_b^0 (6327)和Ξ_b^0(6333)。
利用2015-2018年采集的质子-质子对撞数据，LHCb实验在Λ_b^0，K^-和π^+组成的末态中发现了两个新的峰结构。峰结构的信号显著性水平超过9倍标准偏差。进一步的质量、宽度测量和衰变模式研究表明它们与轨道角动量为2的底重子Ξ_b^0激发态相符。根据其质量测量结果，这两个新粒子被命名为Ξ_b^0 (6327)和Ξ_b^0(6333)。
图1 LHCb实验发现新的底重子激发态
根据夸克模型，强子是夸克通过强相互作用束缚形成。其中，介子由一个正夸克和一个反夸克组成，而重子由三个夸克组成。本次研究的底重子Ξ_b^0是由一个上夸克（u），一个奇异夸克（s）和一个底夸克（b）组成。强相互作用是由量子色动力学（QCD）描述。而QCD在强子尺寸的非微扰特性，使得理论难以精确计算强子的性质。在实验上寻找新的强子激发态并测量它们的性质，能够验证理论模型，帮助理解非微扰QCD。例如，理论上对底重子内部结构往往采用双夸克-夸克（diquark-quark）简化模型进行描述，而本次新观测到的两个Ξ_b^0激发态的质量和该简化模型预言一致，很好的验证了该模型在底重子谱学中的适用性。
位于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机是目前世界上能量最高的粒子加速器。LHCb是其上的大型实验装置之一，致力于精确测量重味强子（即含粲夸克或底夸克的强子）的性质，以期探索宇宙中正反物质不对称之谜、寻找超出标准模型的新物理，理解强相互作用等。近年来，LHCb清华组在物理研究方面取得了一系列有国际影响力的研究成果。上述研究是由清华大学的研究人员主导，LHCb国际合作组完成并发布的。按照高能物理学界的惯例，论文由合作组全体成员依作者姓氏英文字母顺序共同署名。相关研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划资助，以及清华大学自主科研计划和“双一流”学科建设项目的经费支持。国家高能物理科学数据中心长期服务于LHCb实验，尤其是为LHCb中国组的科学家提供数据存储、数据分析处理和科学计算等服务，助力重大科学成果的发现。
论文信息：
LHCb Collaboration, Observation of Two New Excited Ξ_b^0 States Decaying to Λ_b^0，K^-π^+, Phys. Rev. Lett. 128 (2022) 162001.
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.162001