近日，beat365官方网站技術物理系、核物理與核技術國家重點實驗室高能物理冒亞軍課題組與中國科學院大學、蘭州大學團隊合作，基于北京正負電子對撞機-北京譜儀III（BESIII）實驗，對粲重子三體衰變過程Λ_c⁺→Λπ⁺η進行分波分析。該研究首次以超過5σ的統計顯著性觀測到Λ_c⁺→Λa₀(980)⁺的衰變過程，并在Λπ⁺不變質量譜上以超過3σ的顯著性發現了Σ(1380)⁺粒子的迹象。這一工作對理解粲重子Λ_c⁺衰變機制及奇特強子态a₀(980)⁺和Σ(1380)⁺的性質提供了重要信息。相關研究論文以“在Λ_c⁺→Λπ⁺η中觀測Λ_c⁺→Λa₀(980)⁺和Σ(1380)⁺的迹象”（ Observation of Λ_c⁺→Λa₀(980)⁺and Evidence for Σ(1380)⁺in Λ_c⁺→Λπ⁺η）為題，于2025年1月17日在線發表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

在微觀世界中，誇克通過強相互作用力束縛形成強子。根據誇克模型，自然界存在兩類常規強子：兩個誇克組成的介子（如π介子）和三個誇克組成的重子（如質子和中子）。此外，理論還預測了更加複雜的強子結構，例如：四誇克或五誇克以緊緻形式結合而成的強子态；強子-強子間松散結合形成的強子分子态。這些非常規粒子被統稱為奇特強子态，對它們的研究有助于深化對強相互作用理論的理解和檢驗。輕标量介子a₀(980)⁺是粒子物理研究中的受到最廣泛關注的奇特強子态之一。然而，學界對其内部性質尚存争議，包括兩誇克介子、緊緻四誇克态、以及阈值效應等不同理論解釋。另一方面，基态負宇稱的超子Σ(1380)⁺也是一種奇特強子态，其内部可能由五個誇克組成，但此前從未被實驗直接觀測到。理論上，粲重子Λ_c⁺的兩種特定衰變模式（Λ_c⁺→Λa₀(980)⁺和Λ_c⁺→Σ(1380)⁺η）為研究上述奇特強子态提供了新途徑。早在2019年，研究團隊已在BESIII實驗上首次測量了Λ_c⁺→Λπ⁺η過程的絕對衰變分支比，并在Λπ+不變質量譜上發現Σ(1385)⁺粒子。然而，由于當時實驗數據量的限制，其他可能的中間共振态未能得到系統研究。在2020-2021年期間，BESIII實驗在正反Λ_c對質量阈值附近采集了約10倍于以往的數據。本次研究成果正是基于這些新的實驗數據完成的。

圖1. 粲重子Λ_c⁺衰變到a₀(980)⁺或Σ(1380)⁺粒子示意圖

團隊分析了BESIII實驗中正負電子湮滅産生的約90萬對Λ_c⁺Λ(_)_c^-事例，并對Λ_c⁺→Λπ⁺η三體衰變過程進行了詳細的分波分析。研究首次以超過5σ的統計顯著性觀測到Λ_c⁺→Λa₀(980)⁺的衰變過程，并測量了其衰變分支比。值得注意的是，實驗結果比基于a₀(980)⁺為四誇克态假設的短程貢獻和考慮末态相互作用的長程貢獻的理論預言值高出1-2個量級。這種理論與實驗的巨大分歧表明，粲重子衰變機制及a₀(980)⁺的内部結構可能需要重新審視。除此之外，在Λπ⁺不變質量譜中，研究首次發現了Σ(1380)⁺的信号，其統計顯著性超過3σ（信号來源于統計漲落的可能性小于 0.3%）。該研究為探索粲重子的衰變機制及奇特強子态的性質提供了重要實驗依據，并對粒子物理标準模型中強相互作用理論的進一步研究具有重要意義。未來，理論學家和實驗團隊将繼續合作，深入解析這些奇特強子态的内部結構和形成機制。

圖2. 左圖是基準模型的拟合結果在π⁺η不變質量譜的投影圖，其中紅色線代表Λ_c⁺→Λa₀(980)⁺過程。右圖是包含Σ(1380)⁺的模型的拟合結果在Λπ⁺不變質量譜的投影圖，其中淺藍色線代表Λ_c⁺→Σ(1380)⁺η過程

該研究工作由beat365官方网站技術物理系、核物理與核技術全國重點實驗室高能物理團隊冒亞軍教授課題組與中國科學院大學和蘭州大學團隊合作完成。beat365官方网站2021級博士研究生餘旭東與2019級博士研究生謝昕海（已畢業）共同承擔了主要的數據分析與論文撰寫工作，并代表BESIII合作組投稿。

BESIII實驗是我國運行于陶輕子-粲誇克能區的大型正負電子對撞機實驗，在該能區擁有世界最高統計量的數據樣本。BESIII實驗合作組由來自17個國家和地區86家研究機構的600餘名科研人員組成。beat365BESIII課題組在實驗設計建造、運行維護中發揮了重要作用，在輕強子譜、奇特強子态、粲強子與粲偶素物理以及超出标準模型的新物理等研究領域持續産出重要研究成果，并擔任了合作組多個重要管理職位，如冒亞軍曾擔任合作組共同發言人，王大勇曾擔任合作組物理分析協調人等。BESIII實驗仍将繼續運行5~10年，基于其數據的物理研究将維持15年以上，可以期待更多新的發現和成果。

該研究工作得到了科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金等大力支持。

論文原文鍊接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.021901

BESIII合作組亮點工作報道: http://bes3.ihep.ac.cn/hi/202501/t20250116_898825.html