一個強子？奇怪的強子？

在這個多彩的世界中，物質以多種不同的狀態(tài)和形狀出現。描述物質的基本結構和基本相互作用的理論稱為標準模型。在標準模型中，物質是由六種夸克和六種輕子通過四種相互作用組成的，這是對現有物質結構的基本認識。

六種夸克分別稱為上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克，六種輕子分別為電子（e）、電子中性微米（ve）和子輕子（） .和子中微子（v）。 tau 輕子() 和tau 中微子(v)�；�本相互作用包括引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用；前兩者是宏觀力，是日常生活的一部分，而后兩者只在小范圍內起作用，其影響無法在日常生活中感受到。日常生活。例如，強力僅在10至15米的范圍內產生顯著效果。

夸克總是成“群”出現，它們與強大的力結合形成強子，強子又分為由一對正夸克和反夸克組成的介子，以及由三個夸克組成的重子。這個簡單的圖稱為夸克模型。例如，最輕的強子 是u，

組成原子核的質子由夸克組成，組成原子核的質子由uud組成，稱為查蒙的粒子，如J/和hc，是由正反查米對組成夸克。粒子物理理論描述了具有更復雜內部結構的強子，例如包含四個或更多夸克的多夸克態(tài)、由兩個或更多介子或重子束縛的強子分子態(tài)以及夸克和激發(fā)態(tài)，存在變得可能。膠子（傳遞強力的中等粒子）、僅包含膠子的膠球等。這些粒子通常被稱為奇異強子（圖1）。

圖1 奇異強子示意圖

發(fā)現奇怪的強子一直是粒子物理研究的目標，但盡管經過多年的不懈探索，這一目標尚未實現。在粒子物理學的發(fā)展過程中，有一些粒子被認為是“奇怪的強子”，但后來被證明不存在，比如著名的五夸克態(tài)（1540）。故事在2003年發(fā)生了變化。 2003年12月，日本貝勒實驗發(fā)現了一個非常狹窄的結構，命名為X(3872)。由于其不尋常的性質，很難將其解釋為一般的魅力介子，因此它很快被認為是奇怪的強子的候選者。這也讓人們對探索其他含有重夸克的終態(tài)（由一個正夸克元素和一個由一對正負底夸克組成的底元素組成的系統中的奇異強子）產生了興趣。2005年，美國的BaBar實驗各國發(fā)現了一種新結構Y(4260)，但由于其在衰變特性方面的奇怪行為，Y(4260)也被認為是奇怪強子的候選者。這些在查蒙能量區(qū)發(fā)現的奇怪強子被稱為類查蒙粒子或XYZ 粒子，括號中的四位數字通常表示粒子被發(fā)現時的質量（MeV）。X(3872) 和Y(4260) 被認為是奇怪強子的候選者，但目前還沒有明確的說法有證據證實它們是奇怪的強子。偶數元素的可能性很有吸引力。如果可以通過實驗發(fā)現帶電荷的charmonoids，它們應該是獨特的奇異強子。

2BESIII發(fā)現“四夸克物質”——之前的實驗性夏蒙氏體研究

北京正負電子對撞機（BEPCII）的北京譜儀III（BESIII）實驗自2008年以來一直在運行和數據收集。該實驗在charmonins和charmonoids的研究中具有獨特的優(yōu)勢。 BESIII實驗可以直接采集Charmerium能區(qū)的電子/正電子碰撞數據，實驗背景干凈，探測效率高。

2010年夏天，BESIII國際合作組年會在沉陽召開，BESIII實驗的Shalmon研究小組提出了(4040)（矢量Shalmon，J/粒子的徑向激發(fā)態(tài)）周圍的數據。建議收藏。 ）尋找未被發(fā)現的激發(fā)態(tài)卡莫辛并研究發(fā)現的卡莫辛，例如X(3872)。該數據采集計劃于同年10月獲得批準，花了一到兩個月的時間采集到(4040)附近的綜合亮度（亮度是單位時間內檢測到的事件數與相互作用交叉點的比值）。預計會的。積分亮度是亮度在時間維度上的積分。實驗數據的綜合亮度越高，事件數量越多。 ) 是300 pb-1 數據。計劃獲得批準后，Charmerin物理組就成立了，專門組織了一個類似Charmerin的工作組，每兩周召開一次小組會議，準備數據收集，進行初步的物理分析，我做到了。 2011年5月3日至6月1日，BESIII實驗采集到的數據質心能量為4007.6 MeV，積分亮度為482 pb-1。由于加速器和探測器的良好運行條件，在預期一半的時間內收集了預期數量1.6倍的數據。

Charmonoid工作組的成員利用這一系列數據研究了Charmons之間、Charmons與Charmonoids之間的轉變過程、粲介子對的產生過程以及Ds介子（由粲夸克和奇異夸克組成）等研究。 ）進行了研究。觀測到e+e-+- J/ 和e+e- J/ 過程，但沒有發(fā)現明顯的e+e-X(3872) 信號。

3 “四夸克物質”Zc（3900）的發(fā)現

(4040)數據的成功采集增加了BESIII合作組在高能點數據采集方面的信心。 2011 年11 月提出了新的數據收集計劃。最初的計劃是在質心能量4210 到4460 MeV 之間的六個能量點收集總集成亮度為600 pb-1 的數據。經過更仔細的靈敏度分析和充分的討論，2012年3月的合作組會議決定在4260 MeV和4360 MeV兩個能量點采集數據，總集成亮度為500 pb-1，但計劃有所改變。數據收集計劃于2012年6月獲得批準，決定收集4260 MeV和4360 MeV兩種能量的500 pb-1數據。 2012年12月14日，BESIII協作組首次采集了4260 MeV的數據，在30天內完成了預期50天的數據采集任務，BESIII實驗組隨后在4360 MeV采集了500 pb-1的數據。 30天內完成數據。將于29日收集。數據采集期間，加速器和探測器運行狀況非常穩(wěn)定，提前完成了既定任務。利用剩余時間，BESIII實驗團隊在4190 MeV到4420 MeV的5個能量點各采集了約50 pb-1的數據，并研究了該能量范圍內矢量共振態(tài)的線性。這是BEPCII加速器首次達到的最高能量。

在數據收集過程中，工作組成員檢查了數據的質量，并開始使用新數據來分析各種物理過程。在2012年12月26日的Charmonoid Group會議上，成員報告了e+ e- +的觀察結果。 - J/ 和e+e- +- hc 過程（J/ 和hc 都是chameuse）。新的發(fā)現極大地激發(fā)了大家的工作熱情，團隊成員熱情高漲，小組討論往往持續(xù)三到四個小時，數據縮放、重構、檢驗任務都以一種緊迫感和效率完成，進展順利。

在2013年2月的聯合研究會議上，Charmonoid小組的成員報告了在e+e- +- J/和e+e- +- hc過程中發(fā)現了新粒子。新粒子都帶有電荷，并且在分別衰變到 J/ 和hc 最終態(tài)時至少包含四個夸克。這一發(fā)現讓整個協作研究組非常興奮，多方交叉核對證實：很快就收拾好了。在J/終態(tài)下發(fā)現的新粒子質量約為3900 MeV（如圖2（a）所示），被命名為Zc（3900）。協作整個團隊齊心協力，在短短兩個月內準備和審閱Zc(3900) 分析備忘錄，并撰寫和修改論文。論文于2013 年3 月24 日提交至預印本存儲庫arXiv 和：010。-30000。

圖2 BESIII實驗中發(fā)現的“四夸克材料”Zc(3900)和Zc(4020)。圖中帶有誤差棒的點是實驗數據，實線代表擬合結果，虛線代表背景過程的貢獻，綠色直方圖代表最終狀態(tài)下不包括J/(hc)的背景。一個貢獻。使用數據估計粒子

2013年3月30日，在向BESIII提交論文不到一周后，日本Belle實驗組也將Zc(3900)的發(fā)現提交給了arXiv和《物理評論快報》。 Y(4260)初始態(tài)輻射過程的發(fā)現。 Zc(3900)首先被實驗證實含有至少四個夸克，并很快在美國CLEO-c實驗收集的4170 MeV數據中得到證實。

2013年6月17日，BESIII實驗組和Belle實驗組的結果發(fā)表在同一期《物理評論快報》上�！段锢碓u論快報》 編輯推薦了這篇論文，并邀請著名強子物理學家Eric Swanson發(fā)表題為“新粒子暗示四夸克物質”的熱情評論。評論指出，“這樣的束縛態(tài)以前從未被發(fā)現過，如果四夸克解釋得到證實，粒子家族中將需要添加一個新成員，我們對夸克物質分類的理解也將隨之而來。”被更新�！彼鼤�落入這個區(qū)域。” 。第二天，《物理評論快報》雜志發(fā)表了題為《夸克四重奏開啟物質新視野》的報道。 Zc(3900)的發(fā)現引發(fā)了粒子物理領域的新熱潮，并引發(fā)了持續(xù)的激烈爭論。根據INSPIRE 搜索，截至撰寫本文時，本文已被引用超過1,000 次。 BES、BESII、BESIII。 30 多年實驗中被引用次數最多的論文。

2013年12月，在hc終態(tài)下發(fā)現的另一個帶電charmonoid Zc（4020）的結果也正式發(fā)表于《自然》，并受到期刊編輯推薦（圖2右）。同年，一篇發(fā)現Zc(3900)和Zc(4020)粲介子最終態(tài)衰變的論文也發(fā)表在arXiv上。 2013年12月30日，美國物理學會主編的期刊《物理評論快報》發(fā)表了物理學年度11個亮點。第一個是四夸克物質的發(fā)現。入選理由是“目前的實驗結果表明，強子是由兩個或三個夸克組成。今年夏天，中國的BESIII實驗和日本的Belle實驗分別報道，指出在電子和正電子的碰撞過程中出現了神秘粒子” ” 發(fā)現了包含四個夸克的粒子，并將其命名為Zc(3900)。盡管對于Zc(3900)的性質可能還有其他解釋，但“四夸克態(tài)”解釋受到了更多關注。后來，BESIII實驗中發(fā)現了一系列粒子。包含4個夸克。 ”

4現狀與展望

迄今為止，已通過實驗發(fā)現了10余種Zc粒子，主要集中在中國的BESIII實驗、日本的貝爾實驗、CERN的LHCb實驗等。結合X粒子、Y粒子和Pc粒子（含有五個夸克的物質）的發(fā)現，它似乎正在經歷一個類似于20世紀50年代和1960年代大量強子爆炸性發(fā)現的過程。盡管目前關于這些新粒子的性質還沒有明確的結論，但這些發(fā)現使粲素的研究成為粒子物理學中最活躍的領域之一。

BEPCII加速器將于2024年夏季進行翻新，翻新后最大質心能量預計將達到5.6 GeV，同時4.7 GeV的亮度預計將增加兩倍，達到1.1 1033 cm- 2秒。 1. BESIII實驗的創(chuàng)建極大提高了Charmonoids的研究可能性。我相信并希望通過不斷探索，BESIII實驗將再次產生世界級的發(fā)現。升級版Belle實驗——Belle II實驗正式啟動，收集了約400個fb-1低偶素能區(qū)正負電子碰撞數據。這是百麗實驗數據量的一半，將收集其中的50%。 1x Belle 實驗數據量。 LHCb實驗迄今為止已收集了9個FB-1質子-質子碰撞數據，即使在翻新之后仍在繼續(xù)收集新數據，并將在2024年至2025年期間收集約15個FB-1數據。中國規(guī)劃的超級桃康裝置（STCF）是新一代正負電子對撞機，碰撞能量為2至7GeV，亮度是BESIII實驗的50倍，為研究提供了大量數據。奇怪的強子。更大的數據樣本必然會給charmonoids的研究帶來新的實驗發(fā)現和更精確的測量，為理解材料的結構及其強相互作用的規(guī)律提供新的機會。

郭玉萍

復旦大學

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