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    北京谱仪发现一个新粒子

    日期 2003-09-17   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      本文提要:最近,北京谱仪国际合作组发现了一个新的短寿命粒子。该粒子的宽度特别窄,很可能不同于通常由正反夸克组成的介子,得到国际高能物理界的高度重视。北京谱仪获取了5800万J/y粒子事例,比国际上其他同类实验数据约高一个量级,正是在这批数据的分析中发现了这个新粒子,对发展强相互作用理论有着重要意义。   2003年7月30日,中国科学院高能物理研究所宣布:北京谱仪合作组通过分析5800万J/y粒子衰变的事例数据,在粲粒子辐射衰变到正反质子的过程中发现了一种新粒子。即J/y粒子先衰变成光子和这个共振态,此共振态再衰变到质子反质子对。它的质量约为18.59亿电子伏特,略小于质子与反质子的质量之和;自旋为0;它的质量的宽度小于0.3亿电子伏特。这项研究成果的论文已在世界最具权威和最有影响的物理学期刊《物理学评论快报》(2003年7月)上发表。   消息刚刚传出,欧洲核子研究中心著名的理论物理学家埃利斯(J.Ellis)就在一篇论国际最新进展的文章中评价说:“这一发现和世界上其他新的实验结果是令人惊异的,对发展强相互作用理论有着重要意义”。人们都很想知道,这是一种什么样的粒子?这一新发现有何物理意义?这是不是又是一个突破性的成就?   人们最初是将粒子按质量大小分为3类,质量大的叫做重子,质量小的叫做轻子,介于两者之间的叫做介子。后来根据重子和介子都受强力(公认4种基本的自然力是:强力、电磁力、弱力和引力)支配的这一性质,把它们统称为强子。1964年盖尔曼等人提出了关于强子结构的夸克模型。在夸克模型中,重子由3个夸克组成,而介子则由正反2个夸克组成。在初期提出的夸克模型中,只有u、d、s 3种夸克。1974年,J/y粒子被丁肇中教授和里克特教授各自独立发现后,3种夸克的理论无法解释这种长寿命的介子,因此引入第4种夸克,即粲夸克c,而J/y粒子是由1个粲夸克(c)和1个反粲夸克组成的。这以后理论预言还有第5种夸克b(底夸克)和第6种夸克t(顶夸克)。到1995年为止,预言的这6种夸克都被实验发现了。   J/y粒子在北京正负电子对撞机中的产额特别高,J/y粒子的衰变是研究强子谱和寻找新粒子的理想途径。1999年以来,北京正负电子对撞机的性能大幅度提高,每天获取的事例数是过去的3-4倍。1999年--2001年两个运行年度北京谱仪共获取5800万J/y粒子事例,比国际上其他同类实验数据约高一个量级,为物理分析创造了良好的基础。正是在这批数据的分析中发现了这个新粒子。此前,在分析北京谱仪于20世纪90年代初获取的800万事例数据时就观察到某些迹象,但是由于事例数太少,无法得到明确的结论。   这个新粒子的寿命非常短,通过强力衰变,因而寿命大约为10-20—10-24秒。根据量子力学能量和时间的不确定原理,不稳定粒子没有确定的质量,其质量的不确定程度称为宽度(Γ),与粒子的寿命(τ)成反比。这类粒子的宽度一般高达几亿电子伏特,因而说新发现的这个粒子宽度很窄。尽管这个新发现的粒子的质量略小于质子与反质子的质量之和,正是由于它的质量有一定的宽度,使得其仍有一定的比例大于质子与反质子的质量之和,而衰变成质子与反质子。粒子物理实验研究在若干粒子的衰变中已观察到类似的现象。   由超过3个夸克组成的粒子,又叫多夸克态。在北京谱仪上发现的新粒子可能就是一种多夸克态。寻找多夸克态一直是国际高能物理实验的重要目标。在实验上早期发现的数百个介子共振态和重子共振态中,都没有多夸克态的确凿证据。最近,国际上有几个实验组在进行这方面的探索,取得了显著进展。而在北京正负电子对撞机上的实验,新发现的粒子由于特有的性质,尤其是很窄的宽度而很难归结为通常的夸克-反夸克结合态,因而被推测为可能是一种多夸克态。有些物理学家认为,所发现的共振态粒子可能是重子反重子束缚态(多夸克态的一种,也被称作重子偶素)。   北京正负电子对撞机和北京谱仪在1999年初完成了升级改造,整体综合性能大幅度提高。国家有关部门对北京正负电子对撞机和北京谱仪的运行和研究工作给予了大力支持,“八五”以来,国家自然科学基金委员会对北京谱仪的物理研究工作一直给予重大项目的资助。



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