国科大团队在双粲重子研究取得新进展

粒子物理实验组

        近期,我校物理科学学院LHCb实验团队开展的双粲重子研究取得了新进展,首次测量了2017年发现的双粲重子Ξcc++的产生截面,利用LHCb实验采集的所有质子-质子对撞数据搜寻了单电荷的双粲重子Ξcc+。这两项成果作为封面文章分别发表在Chinese Physics C(《中国物理C》)和SCIENCE CHINA - Physics, Mechanics & Astronomy(《中国科学:物理学 力学 天文学》英文版)。

        按照粒子物理的夸克模型,自然界存在六种夸克:上(up,u)、下(down,d)、奇异(strange,s)、粲(charm,c)、底(bottom,b),顶(top,t),前三种较轻,后三种较重。重子由3个夸克组成,像人们熟知的质子便是一种重子,由三个轻夸克(两个上夸克和一个下夸克)组成。双粲重子由两个重夸克(粲夸克)和一个轻夸克组成,其内部结构预期迥异于普通重子,因而具有独特的性质,在研究夸克的三体束缚系统、理解强相互作用和夸克模型等占有特殊重要的地位。在国内理论物理学家们长期强有力的支持下,LHCb中国组于2017年主导发现了双粲重子Ξcc++(夸克组分:ccu),此后继续利用LHCb实验采集的物理数据搜寻其它双粲重子、测量双粲重子性质,为加深我们对于夸克模型和强相互作用的理解提供重要信息。

        中国科学院大学团队主导了双粲重子Ξcc++产生截面的测量。通过分析LHCb实验于2016年采集的质子-质子对撞数据,测量得到双粲重子Ξcc++的产率大约是单粲重子Λc+(夸克组分:udc)的千分之一,与理论预期相符。该成果作为封面文章发表在Chin. Phys. C. 44 (2020) 022001 。

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        中国科学院大学团队和北京大学团队联合主导了双粲重子Ξcc+(夸克组分:ccd)的搜寻。利用LHCb实验采集的所有质子-质子对撞数据,在其同位旋伙伴Ξcc++质量处看到局部显著度为3.1倍标准差的迹象。测量给出了双粲重子Ξcc+相对于单粲重子Λc+(和双粲重子Ξcc++)的产生截面的上限,相比于LHCb合作组利用2011年采集的数据给出的上限,灵敏度提高了一个数量级。该成果作为封面文章发表在Sci. China Phys. Mech. Astron. 63 (2020) 221062。

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        我校物理科学学院何吉波研究员和博士研究生秦佳佳、周亦雄等对这两项研究有突出贡献。中国科学院大学的双粲重子研究工作得到了科技部国家重点研发计划“大型强子对撞机LHCb实验的物理研究”项目(课题“双重味重子寻找”,课题号:2017YFA0402102)、中国科学院前沿科学重点研究计划(青年拔尖人才),和中国科学院大学优秀青年教师科研能力提升项目等的支持。