大型强子对撞机首次实验发现双粲重子

清华工物系高原宁团队做出突出贡献


       清华新闻网7月6日电 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)上的底夸克探测器(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,清华大学工程物理系高原宁、杨振伟、张黎明和朱相雷等组成的研究团队在发现新粒子中做出重要贡献。 底夸克探测器国际合作组已将研究论文提交至《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

根据夸克模型,由u, d, s, c夸克可以组成20个自旋为1/2的基态重子,图中位于最上层的是三个双粲重子。

       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”),理论预期其内部结构迥异于普通重子,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。实验上发现双粲重子的质量大约是3621兆电子伏特,通过弱相互作用衰变为重子和三个轻介子K- π+ π+。 

衰变过程示意图。

       底夸克探测器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,专门进行含有重夸克粒子的产生和衰变性质研究。底夸克探测器合作组由来自16个国家、72个单位的1185名成员组成,其中中国组由清华大学、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,中国组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,双粲重子粒子的发现无疑进一步提升了中国组在国际合作中的地位。

底夸克探测器国际合作组发言人、意大利国家核物理研究院(INFN)著名学者乔瓦尼·帕萨洛瓦(Giovanni Passaleva)教授评价说:“底夸克探测器的中国科学家对该粒子的发现做出了关键性贡献,这是他们长期不懈努力的成果。”

       多年来,底夸克探测器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,国内理论家对双粲重子的发现同样功不可没,获得了底夸克探测器国际合作组的尊重。“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。”乔瓦尼·帕萨洛瓦教授说。 

底夸克探测器清华组部分成员。

(左起:朱相雷,张黎明,高原宁,杨振伟)

“我们从2010年起开展这项研究,经过多年努力才终于获得成功。”杨振伟副教授作为此项目的长期骨干成员,召集协调了底夸克探测器国际合作各方成员参加实验,共同寻找双粲重子。由于需要长期的数据积累,早期参加研究的几位博士后和研究生在校期间没能有机会观测到此粒子。“我非常幸运,离开清华后还能与中国组的老师和同学们一起完成这项重要发现。”张艳席博士说,他先后作为工物系的研究生和博士后参加底夸克探测器实验,并于2016年到法国直线加速器中心工作。

       “我们从年初开始全力以赴,保证了双粲重子实验分析的每一个环节都扎实可靠。” 底夸克探测器中国组负责人高原宁教授说:“发现双粲重子仅仅是个开始,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!”

       底夸克探测器实验的物理协调人、欧洲核子研究中心的研究员文森佐·瓦格诺尼(Vincenzo Vagnoni)博士对中国组成员提出更多希望:“中国同事在底夸克探测器实验上的物理研究上非常活跃。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。”

       底夸克探测器清华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”专项经费和清华大学自主科研经费的支持。

供稿:工物系 编辑:悸寔 华山

2017年07月06日 17:48:34  清华新闻网

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