北京谱仪国际合作组新发现的共振态是在分析J/ψ的辐射衰变到质子反质子过程中找到的,即丁肇中教授和里希特教授1974年发现的、由一对正反粲夸克组成的J/ψ粒子衰变到光子和这个新共振态,此共振态再衰变到质子反质子对。J/ψ的衰变研究是研究轻强子谱和寻找新粒子的理想物理过程。
分析结果表明: 这个新共振态的质量为18.59亿电子伏特, 宽度小于0.3亿电子伏特(左图)。需要特别指出的是,它的质量小于质子和反质子的质量之和。此前在分析北京谱仪改造前在二十世纪九十年代初获取得的800万事例数据时就发现这个共振态存在的迹象,但当时由于统计量有限,不足以确定为新共振态。
北京正负电子对撞机和北京谱仪在1999年初完成了升级改造,整体综合性能大幅度提高。在此后两年的运行中,北京谱仪获取了5800万的J/ψ事例,比世界上其他实验组高一个数量级以上(右图)。北京谱仪国际合作组对这些数据进行了深入细致的分析和研究后发现了新粒子,可见高统计量对新发现的至关重要。
目前,已明确排除这个新共振态用任何已知的共振态来解释的可能性,从而确认是一个新的粒子。粒子物理把由夸克、反夸克组成的粒子称为强子,之前的实验观察到的强子都是由两个或三个夸克(反夸克)组成的。
寻找多夸克态一直是国际高能物理实验的重要目标。在实验上早期发现的数百个介子共振态和重子共振态中,都没有多夸克态的确凿证据。最近,国际上有几个实验组在进行这方面的探索,并取得了显著进展。北京谱仪国际合作组新发现的粒子由于特有的性质,尤其是很窄的宽度而很难归结为通常的夸克—反夸克结合态,因而被推测为可能是一种多夸克态。有些物理学家认为,所发现的共振态粒子可能是重子反重子束缚态,类似于氘核是质子和中子组成的束缚态。
欧洲核子研究中心著名的理论物理学家J.Ellis最近在一篇评论国际高能物理研究在这个领域的最新进展的文章中,高度评价了北京谱仪的这一发现及其对发展强相互作用理论的重要意义。中外物理学家正对这个新共振态的性质和衰变特性从理论和实验上进行深入的研究和讨论。
(高能所科研处制作 有关材料来自www.phypro.org、“高中物理参考”等) |