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    LHCb实验首次发现五夸克粒子

    日期 2016-03-02   来源:数理科学部   作者:李会红  【 】   【打印】   【关闭

      2015年7月14日,欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的LHCb实验宣布发现由五个夸克组成的新型粒子,揭示了物质的一种全新的存在方式。由清华大学高原宁教授和张黎明、杨振伟副教授等组成的清华大学LHCb研究组在这项发现中作出突出贡献。他们的研究得到了国家自然科学基金重点国际(地区)合作研究项目基金(项目批准号: 11161140590)以及清华大学自主科研基金的共同支持。LHCb合作组的实验结果以“Observation of  Resonances Consistent with Pentaquark States in  Decays”(《关于 衰变中符合五夸克态性质 共振态的实验观测》为题,作为当期封面论文发表在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 115, 072001)上。

      实验结果宣布的当天,全球有超过两千家媒体报道了这项重要发现。量子色动力学的奠基人之一、诺贝尔奖获得者弗兰克•威尔切克(Frank Wilczek)教授评论道:“这是我能想象的量子色动力学中最令人兴奋的发现。”该成果入选英国物理学会期刊《物理世界》评选的年度国际物理学领域的十项重大突破,在美国物理学会期刊《物理》评选的年度国际物理学八项重要成果中位列第二。

      1964年,美国物理学家盖尔曼提出“夸克模型”,认为质子和中子不是基本粒子,而是由3个夸克组成的。这类由3个夸克组成的粒子被称为重子,而由一对正反夸克组成粒子被称为介子。早在“夸克模型”理论创建的初期,科学家就预言可能存在由5个夸克组成的粒子,即五夸克态。在过去的五十年里,寻找五夸克态的实验有很多,但最终都没能得出确切结论。在 重子衰变到 过程中,研究人员发现 不变质量谱中存在明显的增强结构。进一步的分析表明,需要两个共振态才能很好地描述这个增强结构的效应,分别命名为   和 。由于这两个共振态通过强作用衰变到 ,所以它们至少由五个夸克组成。五夸克态的发现打开了一扇大门。目前理论上对五夸克态的形成机制尚很不清楚,通过对五夸克态的系统研究,有可能使我们对强相互作用的理解提高一个层次。

      LHCb是大型强子对撞机LHC上的大型粒子物理实验装置之一,由来自16个国家69个单位的超过1000名科学家参加装置的建造、运行和物理研究。2000年,清华大学成为LHCb国际合作的正式成员,并于2002年与欧洲核子研究中心签署了关于LHCb实验建造的谅解备忘录。LHCb国际合作多年来得到了国家自然科学基金项目经费的持续资助,清华大学也通过自主科研基金等给予了配套支持。

      高原宁教授带领的LHCb中国组现有清华大学、华中师范大学和中国科学院大学三个成员单位,近年来在重夸克偶素的产生机制研究、Bc物理和质子-铅核对撞实验数据分析、B介子的CP破坏研究等方面取得了一系列重要研究成果,在物理研究上的贡献受到国际同行的高度认可。LHCb国际合作中共有8个物理工作组,清华大学的杨振伟副教授、华中师范大学的谢跃红教授和清华大学的张黎明副教授目前分别担任“底强子与夸克偶素”和“B介子衰变到粲偶素”物理工作组的召集人。




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