近日，北京譜儀III（BESIII）實驗在正負電子對撞質心系能量4.6 GeV以上對正反帶電K介子和J/ψ聯合産生過程進行了研究，以超過5倍标準偏差顯著性觀測到一個新矢量類粲偶素粒子并命名為Y(4710)。該粒子質量大約5倍質子重，結構尚不确定。同時在該過程中對帶電類粲偶素粒子Z_cs态進行了尋找。主要研究結果以“在e⁺e⁻→K⁺K⁻J/ψ過程中發現一個4.7  GeV/c²的矢量類粲偶素态和尋找帶電奇特強子态Z_cs”（Observation of a Vector Charmoniumlike State at 4.7  GeV/c²and Search for Zcs in e⁺e⁻→K⁺K⁻J/ψ）為題于2023年11月22日在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發表 。

自1964年誇克模型提出以來，實驗上觀測到的強子大緻可分為兩類：介子（由正反誇克組成）和重子（由三個誇克組成）。然而自2003年以來，在粲偶素能區實驗發現性質有别于傳統介子和重子的一系列新粒子，被普遍認為是奇特強子态的理想候選者。研究這些新強子的内部結構以及動力學機制對人們認識微觀物質形态和研究強相互作用均具有重要的科學意義，是當前粒子物理領域的熱門課題之一。

BESIII實驗運行在陶-粲能區，在4–4.6 GeV之間采集了世界上最大的正負電子對撞數據樣本以研究奇特強子态，并已取得了豐富的成果。尤其是對類粲偶素矢量态粒子（通常在隐粲末态如J/ψ或ψ(2S)中被發現）的研究，BESIII實驗具有明顯優勢并作出了重要貢獻。BESIII實驗采用高精度單能量大統計量掃描的方式采集正負電子湮滅樣本，能夠對矢量态Y粒子做更精細的研究。然而，目前4.6 GeV以上的實驗數據相對較少，4.7 GeV以上的數據則更加有限。BESIII于2020年開始在4.6 - 4.7 GeV采集了4.5 fb^-1的數據樣本，并将掃描能量提升至4.95 GeV，以研究更高質量的奇特強子态。

BESIII實驗利用了質心能量為4.61至4.95 GeV且積分亮度為5.85 fb^-1的e⁺e^-湮滅數據，以更高的精度測量了e⁺e^-→K⁺K^-J/ψ的産生截面。為獲得純淨的數據樣本并保持較高的探測效率，不僅重建末态4條徑迹（KKμμ）的信号事例，同時還考慮了末态隻包含3條徑迹（Kμμ）的信号事例。該研究在K⁺K^-J/ψ截面譜上首次以超過5s的統計顯著性觀測到一個質量約為4.7 GeV的共振結構（如圖1所示），并命名為Y(4710)。精确測量這一新共振态的質量和寬度分别為(4708⁺¹⁷_-15±21) MeV/c²和(126⁺²⁷_-23±30) MeV，其中第一個誤差為統計誤差，第二個為系統誤差。Y(4710)粒子是迄今為止實驗上觀測到質量最重的類粲偶素之一，這一發現為研究高能區的類粲偶素态提供了新的視野。

圖1：BESIII測量的e⁺e^-→K⁺K^-J/ψ産生截面及拟合結果。

此外，最近實驗上觀測到的帶電類粲偶素Z_cs态引起了廣泛關注，如BESIII實驗在D⁰D^*_s/D^*0D_s末态中發現了Z_cs(3985)，LHCb實驗在KJ/ψ末态中觀測到Z_cs(4000)和Z_cs(4220)。該研究通過K⁺K^-J/ψ樣本在KJ/ψ系統中對Z_cs态進行了尋找，然而并未觀測到顯著的結構（如圖2所示）。因此測量了Z_cs(3985)與隐粲末态（KJ/ψ）和開粲末态（D⁰D^*_s+D^*0D_s）耦合強度之比在90%的置信水平下小于0.03 。相較于Z_c(3900)情況，該比值小了10倍。這一測量結果為理解Z_cs粒子性質提供了重要的實驗信息。

圖2：BESIII測量的M_max(K^±J/ψ)質量譜。

此項研究工作由beat365官方网站技術物理系BESIII實驗組與中國科學院高能物理研究所、吉林大學、蘭州大學、山東大學、中國科學院大學等多家單位合作完成。beat365官方网站技術物理系冒亞軍教授指導的2022屆博士畢業生宋昀軒（現為瑞士洛桑聯邦理工學院博士後研究員）作為主要分析者與文章撰稿人之一，代表北京譜儀III合作組投稿。

BESIII實驗是我國運行于陶-粲能區且對撞亮度最高的大型正負電子對撞機實驗，在該能區擁有世界最大亮度的數據樣本。BESIII實驗合作組由來自17個國家和地區85家研究機構的600餘名科研人員組成。北大BESIII組在BESIII設計建造、物理研究中發揮了重要作用，在輕強子譜、奇特強子态、粲物理和新物理尋找等研究方向方面發表了多項重要成果，并擔任了BESIII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，beat365官方网站技術物理系王大勇長聘副教授曾擔任合作組物理分析協調人等。BESIII實驗還将繼續運行5~10年，物理研究将繼續保持15年以上，可以期待有更多新的發現和成果。

BESIII合作組亮點工作報道：http://bes3.ihep.ac.cn/hi/202311/t20231128_652377.html

論文鍊接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.211902