我校华体会网页登录网址朱瑞林副教授与华中科大等高校专家合作在新强子谱领域取得重要进展

发布时间:2022-02-25 物理科学与技术学院 浏览次数:

近日,《物理评论D(快报)》(Physical Review D (Letter))在线刊发了我校物理科学与技术学院朱瑞林副教授与华中科大等高校专家合作的题为《寻找Ξbc重子的单举方案》(Inclusive approach to hunt for the beauty-charmed baryonsΞbc)的论文。华中科技大学秦溱副教授为论文第一作者,南京师范大学朱瑞林副教授与德国波恩大学施瑀基博士、华中科技大学秦溱副教授为论文共同通讯作者,上海交通大学王伟教授、兰州大学于福升教授和华中科技大学博士生杨国贺参与了相关工作。

坐落在瑞士与法国边境的大型强子对撞机LHC在2012年发现上帝粒子——希格斯玻色子,并因此变得广为人知。事实上LHC同时也是新强子搜寻的利器,比如2015年发现世界上首个五夸克态Pc,2017年发现首个双粲重子Ξcc。这些新强子的发现具有重要意义,类比于化学元素周期表,如图1列出一个强子周期表,可见Pc和Ξcc分别开启了一个新的周期和新的主族。而Ξbc则是LHC下一步寻找的重要目标,它的发现将再次开启一个新的强子主族。此外,它有着与所有已知强子不同的结构,它包含两个重夸克b、c以及一个轻夸克,b、c夸克形成一个类似天文学中的双星系统,而轻夸克则类似一个绕转的行星,这样的独特结构将为强相互作用的研究提供全新的平台。

在过去的几年中,LHC已经多次尝试寻找Ξbc,但一直未有所获。朱瑞林与合作者发现通过遍举衰变来寻找新粒子的传统方案对于Ξbc存在着很大困难。因为Ξbc包含一个b夸克,它衰变到任何一个特定遍举末态的概率都极低,这造成遍举方案的重建效率极低。为了克服此困难,朱瑞林与华中科大等高校专家合作,创新性地提出利用单举衰变来寻找Ξbc。该单举方案涉及的具体衰变过程是Ξbc衰变到Ξcc以及其他所有可能的粒子Ξbc→ Ξcc+X,如图2所示,此过程最有利的特征是Ξbc产生后在探测器中将飞行一段距离再进行衰变,这样就形成一个偏离主对撞顶点的Ξcc,而Ξbc是此现象的唯一主要来源。因此,搜寻到偏离主对撞顶点的Ξcc,便发现了Ξbc重子。这与天文观测中通过天王星摄动发现海王星有异曲同工之妙。

基于量子色动力学的有效理论和重夸克对称性,团队发展了重双夸克有效理论,并由此对Ξbc→ Ξcc+X衰变过程的发生概率进行了理论计算。计算结果表明,该过程的衰变分支比大概在10%,比遍举衰变过程大几个数量级。考虑Ξbc在LHC上的产生效率以及Ξcc的探测效率后,可以估算LHC到第三期运行结束,将能够通过此单举衰变道收集大约300个Ξbc重子。因此可以预见,LHC将有很大希望通过此单举方案发现Ξbc重子,届时将是新强子谱领域的又一个里程碑。

此前,四夸克态、五夸克态和双粲重子的发现均由中国科学家主导,在新强子谱领域中国已然处于世界领先地位,该工作将使得这一地位得到进一步巩固。

相关工作获得了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、南京师范大学“青年拔尖人才”等项目资助。

论文链接:https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.105.L031902

华中科技大学报道链接:http://phys.hust.edu.cn/info/1211/6953.htm

图1:强子周期表。不同周期强子包含夸克和反夸克数不同,不同主族强子包含夸克味道不同。

图2.Ξbc重子在LHC上产生和单举衰变示意图。