国科大LHCb实验团队首次测量了奇特态X(3872)的双微分产生截面

 粒子物理实验组

       中国科学院大学物理科学学院LHCb实验团队在奇特态X(3872)的实验研究取得新进展，利用LHCb实验采集的质子-质子对撞数据，主导完成了奇特态X(3872)的双微分产生截面的首次测量。该成果于2022年1月24日发表在粒子物理领域国际权威期刊《高能物理杂志》[JHEP 01 (2022) 131]。

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图1. X(3872)可能的内部结构。

       按照夸克模型，传统介子由一对正反夸克组成，重子由三个夸克或三个反夸克组成。夸克模型不排除含有更多个夸克的粒子的存在，这些粒子被称为奇特态。X(3872)粒子于2003年被Belle实验首次发现，作为第一个被发现的奇特态粒子，其性质一直是粒子物理理论与实验研究的热点。然而，经过多年的努力，对于X(3872)粒子的内部结构仍然存在争议。X(3872)粒子可能是传统的粲夸克偶素、两个粲介子组成的分子态、紧致型的四夸克态，或者是粲夸克偶素与分子态的混杂态，如图1所示。此次对X(3872)粒子的双微分产生截面进行了首次测量，可以提供额外的信息来帮助理解其内部结构。

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图2. X(3872)质量-寿命联合拟合结果。

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图3. X(3872)强产生截面的测量结果与理论预言的比较。

       国科大团队通过分析LHCb实验采集的质心能量为8万亿电子伏特和13万亿电子伏特的质子-质子对撞数据，采用质量-寿命联合拟合的方法，来区分通过强相互作用直接产生的和通过弱相互作用从底强子衰变过来的X(3872)粒子（图2），测量了其双微分产生截面。X(3872)强产生截面的测量结果与基于混杂态假设的理论预言符合较好，如图3所示。

       国科大物理科学学院何吉波教授和博士后徐庆年博士对该研究有突出贡献，我校博士研究生徐兢一对该测量进行了交叉检验。该研究得到了国家自然科学基金面上项目“LHCb上类粲夸克偶素强产生实验研究”、中国科学院前沿科学重点研究计划（青年拔尖人才），和中国科学院大学自主科研项目等的支持。