探索物质的基本结构一直是物理学的重要前沿课题。谱学的研究在认识微观世界物理规律的过程中发挥了重大的作用，推动了从量子力学到原子核物理中的壳模型与集体模型的建立。1961年，Gell-Mann和Ne'eman提出了八正法，将当时已知的重子和介子（统称为强子）分类成不同的SU（3）多重态，并且预言了Omega粒子的存在及性质。1964年，Omega粒子的发现作为粒子物理学的重大突破性进展载入史册，标志着SU（3）对称性理论的确立。在随后Gell-Mann 和Zweig 建立的简单夸克模型中，重子由3个价夸克组成，介子由一对正反夸克组成，但强相互作用基本理论QCD并不禁止更为复杂的强子结构存在，如混杂态、胶球、四夸克态、五夸克态、分子态等。
2003年以来，高能物理实验发现了一大批新的奇特强子态，其很难用简单夸克模型解释。由于这些奇特态的质量大多在两个或多个强子态的质量阈值附近，因此，分子态是一种非常可能的解释，正如氘核可以认为是由质子、中子组成的弱束缚分子态一样。
2015年欧洲核子中心的LHCb合作组首次探测到两个五夸克态，Pc(4380)和Pc(4450)。基于更高统计量的数据，2019年LHCb合作组在Lambda_b衰变的J/psi p不变质量谱上，发现了3个窄的共振峰，其中Pc(4312)是一个新的五夸克态，2015年发现的Pc(4450)劈裂成为2个态，Pc(4440) 和 Pc(4457)。
这些五夸克态都集中在Dbar(*)Sigma_c(*)的阈值附近，宽度很窄。基于模型无关的有效场论的分析，北航团队指出这些五夸克态很可能是Dbar(*)Sigma_c(*) 的分子态。在Dbar(*)Sigma_c(*)系统，重夸克自旋对称性意味着，Dbar(*)Sigma_c(*)领头阶相互作用仅需要由具有两个低能有效常数的接触势描述。利用LHCb合作组新观测到的Pc(4440)和Pc（4457）作为输入，预言的Dbar Sigma_c束缚态的质量与Pc(4312)非常接近，Dbar Sigma_c(*)束缚态的质量与先前发现的Pc(4380)非常接近。此外，该有效场论方法还预言了存在自旋分别为1/2,3/2和5/2的三个Dbar* Sigma_c*分子态（见图）。北航团队认为这非常有可能是第一个完整的七重态分子态。如果该多重态的其它成员被后续的实验所证实，这将是应用重夸克对称性解释奇特强子态的一次重要的成功应用，有可能揭开重味强子谱研究的新篇章。
图一：基于有效场论预言的七重态分子态的质量及自旋宇称。Scenario A：Pc(4457)和Pc(4440)的自旋假设为3/2和1/2; Scenario B：Pc(4457)和Pc(4440)的自旋假设为1/2和3/2。它们的宇称均为负。
该论文的作者是北航博士生刘明珠，本科生潘亚文，硕士生彭方正，法国 Bordeaux大学Mario Sanchez博士，北航耿立升教授，Manuel Pavon Valderrama教授，日本大阪大学Atsushi Hosaka 教授。工作得到了国家自然科学基金重点项目、北航优秀青年科学家团队和日本文部省（Atsushi Hosaka）等的资助。
附：
论文网址：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.242001
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（审核：王文文）
编辑：贾爱平
