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国家高能物理科学数据中心为发现新的奇特态强子提供服务

文章来源:国家高能物理科学数据中心

更新时间:2022-11-10 08:48

      《中国物理C》(Chinese Physics C,CPC) 2022年第11期封面文章介绍了北京谱仪III(BESIII)观察到一个新的奇特态矢量粒子,这很可能是首个被发现的含奇异夸克的矢量奇特态强子。国家高能物理科学数据中心为发现新的奇特态强子提供服务。奇特态强子的研究一直是国际上一个前沿领域,虽然实验上不断发现奇特态强子的信号,但目前还没有一种公认的理论可以解释这些实验现象,因此对奇特态强子的研究有助于人类进一步理解奇妙的微观世界。


图 1 中国物理C封面文章
 
      现代粒子物理标准模型将宇宙的构成用包括夸克在内的数十种基本粒子(包括反粒子在内)来解释。在这些基本粒子之中,夸克通过强相互作用形成强子。强子分两大类:两个夸克组成的强子称为介子,三个夸克组成的强子称为重子。目前为大家所公认的几百种强子中,不是介子就是重子,尚无其他种类的强子被大家所理解认可。上世纪五六十年代,物理学家们已经认识到介子和重子只是结构最基本的强子,同时也预言了存在诸如四个、五个、甚至更多夸克组成的强子。这种区别于传统的介子和重子,一般以XYZ命名,并称其为奇特态强子,如图2所示。其中Z粒子带电,Y粒子是矢量粒子,剩下的不清楚的以X粒子命名。本世纪以来,实验上已经观测到一些奇特态强子的候选者,但他们是否是真的多夸克奇特态还未可知,它们的内部结构、产生与衰变机制也还是未解之谜,需要理论和实验物理学家们更深入的研究。
 

图 2 两夸克组成的介子、三夸克组成的重子、四夸克或者五夸克组成的奇特态强子结构示意图

      BESIII是运行在北京正负电子对撞机(BECPII)上的通用大型磁谱仪,通过测量正负电子对撞产生的次级粒子来研究物质微观结构和相互作用性质。国家高能物理科学数据中心汇集了海量的BESIII实验数据,是研究含粲夸克奇特态的绝佳资源。《中国物理C》期刊上的这篇封面文章报道了科学家利用BESIII数据研究正负电子湮灭到Κ^+ Κ^- J/ψ过程的产生截面(其中均是由上夸克、奇异夸克组成的介子),并以极高的统计显著性首次观察到一个新的矢量粒子Y(4500),如图3所示。这很可能是首个被发现的含奇异夸克的矢量奇特态强子。
 

图 3 正负电子湮灭到Κ^+ Κ^- J/ψ过程产生截面随能量的分布图。在质心能量为 4230 和 4500 兆电子伏附近,两个峰状结构清晰可见。
其中误差棒是数据,曲线是拟合函数的形状。

      这个新发现的粒子态是奇特态强子的有力候选者。再考虑到介子的组分夸克里包含奇异夸克,Y(4500)极有可能是首次观测到的、含奇异夸克的矢量奇特态强子。图4展示了Y(4500)的产生过程以及一些可能的内部结构。Y(4500)的发现,将为科学家理解奇特态强子的产生、衰变机制以及内部结构提供新依据。
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图 4 产生Y(4500)的过程和可能结构的示意图

     ​​​​​​​ 国家高能物理科学数据中心作为BESIII实验数据服务的支撑机构,目前已汇集了超过10PB的实验数据,并为用户部署了高性能数据计算平台及软件系统,为用户提供模拟、事例重建、物理分析等数据处理等服务。

期刊文章链接:
http://cpc.ihep.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-1137/ac945c#FullText_View

本文来源:现代物理知识杂志
https://mp.weixin.qq.com/s/lV3BV7b_DLIljioYI-LX-Q