近日，北京譜儀Ⅲ實(shí)驗發(fā)現了一個(gè)質(zhì)量為1882 MeV的共振結構X（1880），很可能為質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)，該研究成果于2024年4月9日發(fā)表在《物理評論快報》上（Phys.Rev.Lett. 132,151901 (2024)），被選為亮點(diǎn)論文，同時(shí)被美國物理學(xué)會(huì )以“Evidence of a new subatomic particle（一個(gè)新亞原子粒子的證據）”為標題作新聞報道。
質(zhì)子是構成原子核的基本粒子之一，而反質(zhì)子則是質(zhì)子的反物質(zhì)對稱(chēng)粒子，具有和質(zhì)子相同的質(zhì)量但帶有相反的電荷。當質(zhì)子和反質(zhì)子相遇時(shí)，它們會(huì )相互湮滅，釋放出巨大的能量。然而，一些理論預測質(zhì)子和反質(zhì)子也可以通過(guò)強相互作用力結合形成一種壽命極短的狀態(tài)，稱(chēng)為質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)。尋找這樣的新型強子態(tài)是高能物理實(shí)驗的重要目標之一。
2013年，北京譜儀Ⅲ實(shí)驗在研究J/ψ粒子衰變成一個(gè)光子和3對正負π介子的過(guò)程時(shí)，首次在該過(guò)程中發(fā)現了新共振結構X(1840)，其質(zhì)量恰好位于質(zhì)子-反質(zhì)子質(zhì)量閾值附近，但略低于該閾值。對該共振結構的深入研究對理解其性質(zhì)至關(guān)重要。
當前，北京譜儀III實(shí)驗已經(jīng)采集100億 J/ψ衰變事例，其統計量是之前研究使用數據樣本的50倍，為進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究奠定了堅實(shí)基礎。利用這批數據，在3(π+π-)質(zhì)量譜上首次觀(guān)測到了一種反常結構。該結構由兩個(gè)共振結構疊加形成，除2013年發(fā)現的X(1840)之外，還存在一個(gè)新的共振結構，被命名為X(1880)，其質(zhì)量和寬度分別為1882.1±1.7±0.7 MeV和30.7±5.5±2.4 MeV，統計顯著(zhù)性大于10倍標準偏差。這個(gè)新共振結構的質(zhì)量恰好比一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)反質(zhì)子之和略重一點(diǎn)，其性質(zhì)很像是質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)，為質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)的存在提供了新的實(shí)驗依據。
該成果主要由中國科學(xué)院高能物理研究所房雙世研究員、博士研究生陳通和廣西師范大學(xué)秦麗清副教授等北京譜儀Ⅲ合作組成員共同完成。北京譜儀Ⅲ探測器維護和離線(xiàn)軟件團隊、北京正負電子對撞機的加速器運行維護團隊為數據采集和分析做出了重要貢獻。
核子-反核子束縛態(tài)示意圖
延伸閱讀：
Phys. Rev. Lett.文章：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.151901
美國物理學(xué)會(huì )報道：
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