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北京谱仪发现一个新粒子

最近北京谱仪国际合作组在5800万J/y事例的数据分析中,发现了一个新的短寿命粒子,质量为18.59亿电子伏特,自旋为0。这种短寿命粒子通常被称作共振态。这个重要结果已在国际著名杂志《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.)上发表, 并引起了国际高能物理界的高度重视。北京谱仪是在中国科学院高能物理研究所的北京正负电子对撞机上的大型通用探测器。高能物理研究所的研究人员与来自国内十七所大学和来自美国、日本、英国、韩国的物理学家、研究生一起组成北京谱仪国际合作组,研究τ轻子和粲夸克物理。J/y粒子由一对正反粲夸克组成,是著名物理学家丁肇中教授和里希特教授1974年发现的。J/y的衰变研究是研究轻强子谱和寻找新粒子的理想物理过程。北京正负电子对撞机和北京谱仪获取的J/y事例数比世界上其他实验组高一个数量级以上。

这个新共振态是在分析J/y的辐射衰变到质子反质子过程中找到的,即J/y衰变到光子和这个新共振态,此共振态再衰变到质子反质子对。分析结果表明: 它的质量为18.59亿电子伏特, 宽度小于0.3亿电子伏特。需要特别指出的是,它的质量小于质子和反质子的质量之和。此前在分析北京谱仪改造前在九十年代初获取得的800万事例数据时就发现这个共振态存在的迹象,但当时由于统计量有限不足以确定为新共振态。

分析研究已明确排除这个新共振态用任何已知的共振态来解释的可能性,从而确认是一个新的粒子。其独特意义是它的宽度特别窄,很可能不同于通常由正反夸克组成的介子。这个共振态的发现得到了国内外高能物理学界的关注和重视,引起了广泛的讨论。粒子物理把由夸克、反夸克组成粒子被称为强子。迄今为止观察到的强子都是由两个或三个夸克(反夸克)组成的。北京谱仪发现的这个新粒子和国际上其他若干实验最近发现的其他新共振态则可能包含多于三个夸克,即所谓“多夸克态”。目前粒子物理的强相互作用理论—量子色动力学还不能很好地解释这些新共振态。欧洲核子研究中心著名的理论物理学家J. Ellis最近在一篇评论国际高能物理研究在这个领域的最新进展的文章中,高度评价了北京谱仪的这一发现及其对发展强相互作用理论的重要意义。这些新共振态的发现成为了当前粒子物理研究的一个新热点。中外物理学家正对这个新共振态的性质和衰变特性从理论和实验上进行深入的研究和讨论。

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,每天获取的数据量是改造前的3–4倍,数据的质量良好。中国科学院实施了知识创新工程,高能所凝炼科学目标,深化改革,完善激励机制,瞄准国家战略需求和世界科技前沿,开拓创新,努力保持和发展中国在世界高能物理实验研究领域占有的一席之地。在1999到2001两年运行中,北京谱仪获取了5800万的J/y事例。北京谱仪国际合作组对这些数据进行了深入细致的分析和研究,此次发现新粒子是这批数据的重大物理成果之一。今年上半年,北京谱仪合作组已在国际著名杂志《物理评论快报》、《物理评论D》和《物理快报》上发表了多篇文章,预计年内还将在这些杂志上发表一批重要的物理结果。

这个新共振态的发现是北京谱仪合作组中美科学家共同努力、长期紧密合作的结果, 也是高能所有关人员努力的结果。这些年来,北京正负电子对撞机几乎在所有的春节、“五一”和国庆长假都坚持正常运行。今年春天当北京面临“非典”严峻考验的关头,高能物理研究所一手抗击“非典”,一手坚持搞科研。全所同志克服重重困难,始终坚持正常上班,保持各项工作照常进行,北京正负电子对撞机和北京谱仪一直保持稳定高效运行。

粲夸克物理的实验研究是国际高能物理研究的一个新热点,竞争十分激烈。国家有关部门已经批准对北京正负电子对撞机和北京谱仪进行重大改造,预期加速器提供的数据量将提高两个数量级,探测器的性能也将大幅度提高。这个重大改造完成后,北京正负电子对撞机将能继续保持在粲夸克物理和强子谱等研究领域的国际领先地位。

相关链接:

[03-08-08] 新的发现,新的挑战(光明日报,科技周刊)

[03-07-31] 中美高能物理学家发现一个新粒子(科学时报,第一版)

[03-07-31] 最新发现与创新:北京谱仪发现新的短寿命粒子(科技日报,第一版)

[03-07-30] 中美科学家在北京正负电子对撞机上发现新粒子(新华社)

 

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数据最后更新日期 03-08-21