清华新闻网7月1日电欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的底夸克（LHCb）实验近期观测到了一个全新的含奇异夸克的五夸克态的存在证据，清华工物系副教授张黎明和博士研究生王梦臻等组成的研究团队在这项研究中作出突出贡献。
基于2011-2018年采集的所有数据，LHCb实验在含奇异夸克底重子Ξ_b到粲夸克偶素J/ψ、超子Λ和K介子的衰变过程中观测到一个全新的J/ψΛ共振结构。该共振结构的信号显著性水平为3.1倍标准差，质量约为质子质量的4.5倍，性质与包含奇异夸克的五夸克态相符，被称为P_cs(4459)⁰粒子。和之前发现的五夸克态P_c相比，新的五夸克态含有一个质量稍重的奇异夸克，使得实验上的产生和寻找更加具有挑战性。

含奇异夸克的五夸克态产生示意图
该结果是自2015年以来，首次在底重子Λ_b到粲夸克偶素J/ψ、质子p和K介予以外的衰变过程中发现的五夸克态存在证据。这一方面是对五夸克态存在的又一次验证，另一方面，实验上观测到的P_cs性质，尤其是其质量峰的近阈特性，与P_c的研究结果遥相呼应，为五夸克态的理论解释提出了更丰富的信息，并预示一个庞大而精彩的五夸克态家族正在浮出水面。
五夸克态的相关研究对于准确理解强相互作用在低能区的性质有着重要的意义。在粒子物理的标准模型中，强相互作用由量子色动力学（QCD）描述，而QCD在低能区所表现出的非微扰特性，使得从第一性原理出发的理论计算非常困难。五夸克态作为一种全新的强子态，有希望开拓出崭新的研究平台，用以验证基于QCD基本思想的有效理论以及格点计算等方法对低能区强相互作用的描述精度。
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。
此次关于新五夸克态的存在证据，由LHCb合作组共同完成，相关成果发表于最新一期的英文版《科学通报》（Science Bulletin），清华大学和武汉大学主导了相关的分析工作。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://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321001717?via%3Dihub
供稿：工物系
编辑：李华山
审核：吕婷

2021年07月01日 13:40:56