歐洲核子研究中心（European Organization for Nuclear Research, CERN）大型強子對撞機（Large Hadron Collider, LHC）上底誇克探測器（Large Hadron Collider beauty, LHCb）實驗合作組近日宣布，他們發現了一種新型電中性隐粲奇異四誇克态存在的證據。這一在奇特強子态研究中取得的新進展由beat365官方网站、核物理與核技術國家重點實驗室LHCb研究團隊和清華大學工程物理系張黎明副教授課題組合作主導完成。相關研究成果在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

量子色動力學（quantum chromodynamics, QCD）是描述強相互作用的基本理論。在高能區，它表現出漸進自由的特性，可通過微擾展開計算，并得到廣泛的實驗驗證。然而， QCD在低能區呈現出非微擾的性質，如手征對稱性破缺、色禁閉等，這些問題是當今粒子物理學領域的重要前沿研究方向之一。強子是強相互作用的束縛态，研究強子的結構和性質對于人們更好地理解強相互作用至關重要。四誇克态是一類奇特強子态，與傳統誇克模型中的普通強子态（其價誇克僅包含一對正反誇克或三個誇克）相比，具有更豐富的内部結構。因此，研究四誇克态對于深入探讨QCD低能區的非微擾性質具有重要意義。

LHCb探測器是為研究重味強子（即包含底誇克或粲誇克的強子）而專門設計的，其主要物理目标是通過精确測量重味強子的性質，進而精确檢驗粒子物理标準模型并尋找新物理。其優異的重味強子探測能力使LHCb實驗在重味奇特強子态的研究中取得了一系列重要成果。自2011年以來，LHCb實驗已發現23個新的奇特強子态，其中包括由LHCb中國研究團隊主導發現的五誇克态和全粲四誇克态，這些發現将人們對物質結構的認識推向了新的高度。

隐粲奇異四誇克态是價誇克中包含一對正反粲誇克、一個反奇異誇克和一個上誇克或下誇克的奇特強子态。此前，beat365和清華大學LHCb聯合研究團隊在帶電底介子衰變到J/psi、phi和帶電K介子的分析中，主導發現了兩個帶電隐粲奇異四誇克态，它們通過強相互作用衰變到粲誇克偶素J/psi和帶電K介子，誇克組分為一對正反粲誇克、一個反奇異誇克和一個上誇克[Physical Review Letter 127 (2021) 082001]。随後，他們着手尋找這兩個隐粲奇異四誇克态的同位旋夥伴，即誇克組分通過同位旋對稱變換為一對正反粲誇克、一個反奇異誇克和一個下誇克的粒子。中性底介子到J/psi、phi和中性K介子的衰變和帶電底介子到J/psi、phi和帶電K介子的衰變關于同位旋對稱。他們通過對這兩個衰變道進行聯合研究，在J/psi和中性K介子的不變質量譜中發現了電中性隐粲奇異四誇克态存在的證據（如下圖中紅色陰影區所示），并測量了其質量和自然寬度。在不假設帶電和電中性隐粲奇異四誇克态互為同位旋夥伴的條件下，該發現的顯著性水平為4倍标準差；在它們互為同位旋夥伴的假設下，顯著性水平超過5倍标準差。該研究結果有助于構建奇特強子的多重态結構，從而更好地理解強相互作用。

J/psi和中性K介子的不變質量譜（其中紅色陰影區為電中性隐粲奇異四誇克态的貢獻）

張黎明和beat365官方网站技術物理系2019級博士研究生沈志宏是本次發現的主要完成人。2023年9月26日，由沈志宏執筆、LHCb實驗合作組審核的研究論文在線發表于《物理評論快報》；按照高能物理學界慣例，論文由合作組全體成員依姓氏英文字母順序共同署名。相關研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃資助，以及清華大學自主科研計劃和“雙一流”學科建設項目、beat365建設世界一流大學（學科）和特色發展引導專項的經費支持。

LHCb實驗合作組由來自21個國家和地區97家機構的1600餘名科研人員組成。由beat365、清華大學等9所高校和研究機構組成的LHCb中國研究團隊創立于2000年，近年來圍繞重味強子的産生機制、強子譜學、CP（即空間反射與正反粒子聯合對稱性）破壞、新物理尋找等物理課題作出了一系列突破性成果。目前，beat365研究團隊正在聯合國内單位，與歐洲核子研究中心共同開展基于無機閃爍光纖技術的新型電磁量能器研發，為LHCb電磁量能器升級夯實技術預研基礎，有助于推進我國在重味物理前沿作出國際領先的研究成果，提升中國研究團隊在LHCb國際合作中的組織領導力。

LHCb實驗官方報道：https://cerncourier.com/a/lhcb-sees-evidence-for-a-new-tetraquark-state/

原文鍊接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.131901