北京谱仪III（BESIII）合作组观测到类粲Y(4360)和Y(4660)粒子的新衰变模式π+π-ψ2(3823),其实验结果近日发表在物理评论快报上 [Phys. Rev. Lett. 129, 102003 (2022)]。该工作主要由复旦大学现代物理研究所青年研究员王小龙实验组与山东大学研究人员共同完成。
图：2022年BESIII实验在π+π-ψ2(3823)中观测到的类粲偶素Y(4360)和Y(4660)。
由盖尔曼和茨威格于1964年提出的夸克模型描述强子都是由3 个夸克（重子）或一对正反夸克（介子）构成。然而，自2003年以来，实验上陆续在重夸克偶素能区发现多个新的粒子（也称为XYZ粒子）。它们被广泛认为是一类有别于传统重子和介子的奇特强子态的候选者，如多夸克态、强子分子态、夸克胶子混杂态等。其中，Y类粒子包括中性的矢量粒子，可以在正负电子对撞实验中直接产生。实验上寻找和研究奇特强子态一直是粒子物理的热门课题。
研究团队在北京谱仪III实验首次采用了D-波粲偶素ψ2(3823)作为探针寻找Y粒子。通过分析在质心系能量4.23-4.70GeV采集的数据，测量了e+e-→π+π-ψ2(3823)过程的产生截面，首次以超过5倍标准偏差显著性观测到该过程中的Y粒子。这是实验上第一次观测到Y(4360)和Y(4660)粒子和D-波粲偶素的耦合,也是时隔15年以后第一次在新的含粲偶素末态中观察到Y(4660)粒子。北大赵光达院士建议对该过程的π+π-系统进行深入的研究，认为这将有助于确定Y(4660)的本质(“This may also be useful in clarifying the nature of Y(4660).”)。
Y(4660)粒子是2007年王小龙及合作者们在日本Belle实验上对e+e-→π+π-ψ(2S)的研究中首次发现的【PRL99, 142002 (2007)】，也是实验上至今发现的质量最高的矢量类粲偶素粒子，对于其本质的探索一直是奇特强子态领域研究的重点，高能物理搜索引擎InspireHEP显示文章引用已近500次。BESIII实验于2020年起在Y(4660)粒子质量区采集的世界上最大的数据样本，使研究Y(4660)有了独特的优势。刚刚发表的文章为进一步研究Y(4660)粒子的本质提供了重要的实验信息。
此次研究获得科技部国家“重点研发计划项目”——奇特强子态粒子及强子谱学研究（2020YFA0406301）的资助。
图：2007年Belle实验在e+e-→π+π-ψ(2S)中观测到的类粲偶素Y(4360)和Y(4660)信号。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.102003
BESIII合作组新闻：http://bes3.ihep.ac.cn/hi/202209/t20220905_313458.html
延伸阅读：https://ihep.cas.cn/xwdt/gnxw/2022/202209/t20220907_6510011.html
