利用了LHCb实验在2016-2018年采集的质子-质子对撞数据，陈晨与LHCb清华团队一起研究了底介子的一个四体衰变过程，衰变末态包括正反粲介子对（D+D-）、一个奇异介子（K+）和一个派介子（pi-）。在分析三体系统（D+K+pi-）的不变质量谱中时，意外地观测到一个全新的共振结构。进一步的研究测量了这个共振结构的基本性质，结果表明它与奇异粲介子主量子数为2的径向激发态相符。由于这个新粒子的质量大约为2590 MeV（近乎质子质量的三倍），带一个单位的正电荷，并且自旋为零，所以被命名为Ds0(2590)+。粲介子家族喜添新丁。
LHCb实验发现新的奇异粲介子
介子与重子是强子的两大门类，都是夸克通过强相互作用束缚形成的微观粒子。大家耳熟能详的质子和中子都属于重子，由三个夸克组成；而介子则由一个正夸克和一个反夸克组成，例如奇异粲介子的组分夸克是一个粲夸克（c）和一个奇异反夸克（s[bar]）。类似于氢原子的谱结构，相同夸克组分的系统可以构成一类粒子，这类粒子拥有不同的质量、主量子数、轨道量子数和自旋量子数等。其中，能量最低的粒子被称为基态，其他为激发态。理论方面对于强子激发态以及它们的性质有所预言，但由于强相互作用在低能区的非微扰特性，理论预言不确定度较大。实验上寻找强子激发态并测量它们的性质，对验证理论模型和指导理论计算有着非常重要的意义。
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。清华大学于2000年加入LHCb，在探测器电子学和物理研究不断作出重要贡献。在LHCb探测器建造时，工物系电子学团队参与了触发电子学的研制；在当前正在进行的LHCb探测器升级中，工物系电子学团队为闪烁光纤径迹探测器前端电子学读出系统和测试系统作出了重要贡献。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，除了本次新发现的奇异粲介子激发态，之前曾在五夸克态和双粲重子的发现及后续研究中作出了重要贡献。2022年LHCb将完成升级，开始新一轮的数据采集，期待这些海量数据会带来更多令人激动的新发现。
本次研究相关成果于2021年3月26日发表于《物理评论快报》（Physics Review Letters）。
本次研究是由清华大学研究人员主导、LHCb国际合作组共同完成并发布的。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。
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.122002
供稿：工物系
编辑：李华山
审核：吕婷
2021年03月31日 15:50:19
