LHCb实验首次发现双粲重子

北京时间7月6日，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的LHCb实验组宣布发现双粲重子 ，欧洲核子研究中心专门对该研究成果进行了新闻发布。LHCb国际合作组已将研究论文提交至《物理评论快报》。

按照夸克模型的分类，重子由三个夸克组成，质子和中子是最广为人知的重子。自然界中存在六种不同夸克：u, d, s, c, b, t。前三种较轻，后三种较重。理论预期存在很多种具有不同组分的重子。被称为双粲重子的 含有两个c夸克（中译为“粲夸克”）和一个u夸克（中译为“上夸克”），带两个单位电荷。以往发现的重子最多含有一个重夸克， 是实验上首次发现的含两个重夸克的重子。由于c夸克质量远大于u夸克，  的内部结构预期迥异于普通重子，对其性质的细致研究将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用力的本质。

图1:  根据夸克模型，由u, d, s, c夸克可以组成的自旋为1/2的基态重子，图中最上层包含三个双粲重子，， 还有待未来的实验发现。

LHCb是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一，合作组由来自16个国家72个单位的1185名成员组成。从2010年LHC开始运行以来，LHCb实验取得了一系列重要研究成果，已经发表学术论文超过350篇。LHCb-中国组由清华大学、华中师范大学、中国科学院大学和武汉大学的研究人员组成，近年来在强子性质和电荷宇称对称性破缺等方面的研究中成绩突出。中国组从2010年就开始寻找双粲重子的尝试， 粒子的发现无疑进一步巩固了中国组在国际合作中的地位。LHCb国际合作组发言人Giovanni Passaleva教授高度评价中国组的贡献：“LHCb的中国科学家对该粒子的发现做出了关键性贡献。这是他们在实验上长期不懈努力的成果。^[注1]”

多年来LHCb中国组坚持理论和实验相结合，始终与国内的粒子物理理论家保持着密切的合作关系，国内理论家对 的发现同样功不可没，获得了LHCb国际合作组的尊重。“中国的理论家也提供了重要帮助，他们的关键建议引导该分析在正确的方向上取得了突破。^[注2]” Giovanni Passaleva教授说。

图2:  衰变过程示意图。

实验上发现 的质量大约是3621兆电子伏特，通过弱相互作用衰变到 重子和三个轻介子K^-π⁺π⁺。为了得到这个结果，中国组全体人员付出了极大的努力。“我们从年初开始就全力以赴，保证了 实验分析的每一个环节都扎实可靠。”LHCb中国组负责人、清华大学高原宁教授说：“发现 粒子仅仅是个开始，由两个甚至是三个重夸克组成的重子还有很多没有被发现，未来的研究依然是非常地激动人心！” LHCb实验的物理协调人Vincenzo Vagnoni博士对中国组成员提出了更多的希望：“中国同事在LHCb实验上的物理研究非常活跃。2015年他们主导了五夸克态的发现，这一次又主导了双粲重子 的发现。我对他们在这一激动人心的领域中的持续努力充满期待。^[注3]”

LHCb中国组的研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”专项经费和各参加单位学科建设经费的支持。

[注1] The LHCb Chinese scientists played a crucial role in the observation of the new particle. They are being rewarded for a long standing and highly recognized experimental effort.

[注2] A group of Chinese theorists provided also fundamental inputs to drive the analysis to the right direction and gave key suggestions to achieve this result.

[注3] Our Chinese colleagues have been very active in the LHCb physics analysis. They ever played a leading role in the discovery of pentaquark states in 2015 and this time in the discovery of   .  I am looking forward to their continuous efforts on this exciting topic in the future.

CERN Press Release：http://press.cern/press-releases/2017/07/lhcb-experiment-charmed-announce-observation-new-particle-two-heavy-quarks

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