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近日，北京谱仪III合作组发布了关于粲物理实验研究的重要进展，实现了世界上最高精度的激发态奇异粲介子质量测量。相关论文以“Precision Measurement of the Ds*+--Ds+ Meson Mass Difference”为题发表于《科学通报》英文版（Science Bulletin, IF: 21.1）。按照高能物理学界惯例，该论文由北京谱仪III合作组全体成员依作者姓氏英文字母顺序共同署名。武汉大学物理科学与技术学院孙亮教授团队在该研究中发挥关键主导作用。孙亮教授指导的2024级博士研究生王家驹负责了物理分析主体工作，论文撰写及投稿，并完成了同行评审的答复工作。
! Y. b2 z4 l3 h. z5 p强相互作用是把包括质子和中子在内的强子和原子核束缚起来的最强基本力，也即组成我们世界万物的“黏合剂”。量子色动力学（QCD）是描述强相互作用的理论，但是由于在低能区强相互作用太强，在解释由夸克组成的强子质量等非微扰情况下遇到了很大困难。聪明的理论家们发明了各种工具比如手征微扰论（χPT）和格点QCD（LQCD）来研究低能区的强相互作用。精确测量强子质量可以对这些工具进行严格检验并提供重要实验输入。奇异粲介子激发态Ds*+的质量还对于理解粲介子半轻衰变中c → s 矢量形状因子和略高于Ds*D产生阈值的隐粲奇异态Zcs(3985)的性质等具有重要意义。之前Ds*+质量测量结果已超30年未更新，且精度在所有常规重味介子中为最差。 基于北京谱仪III实验在质心能量为4.178 GeV上获取的积分亮度为3.19 fb-1的正负电子对撞数据，该工作利用重建得到的1411 ± 77个Ds*+→Ds+(→K+K-π+)π0衰变信号，对 Ds*+--Ds+ 的质量劈裂进行了精确测量。本研究提出了一种新颖的数据驱动方法，基于已有的高精度 D*+--D+ 质量劈裂测量作为输入，通过高统计量的D*+→D+(→K-π+π+)π0数据样本对π0重建动量进行刻度，从而有效控制了实验装置相关的系统误差。测量给出的Ds*+--Ds+ 的质量差为Δms = 144,201.9 ± 44.2(stat) ± 29.9(syst) ± 15.0(input)，精度好于当前世界平均值7倍。该测量结果可用于对格点量子色动力学计算和基于手征微扰论的理论模型进行严格检验。该项研究所运用的π0动量刻度方法有望在不久的将来显著提高衰变末态包含软π0的强子，诸如Ds0*(2317), Ds1(2460)和Ξ0，质量的测量精度。
$ b; H1 n% o, l$ z- t( \/ O图1 通过拟合BESIII数据提取了1411 ± 77个Ds*+→Ds+(→K+K-π+)π0衰变信号。; O( [6 X+ }- Z1 H2 V
图2 本工作Ds*+--Ds+ 质量劈裂Δms测量结果与世界平均值和相应理论计算预言的比较。
7 J7 I# o5 H3 }) R$ {; v! u9 M5 U0 a为了让更多对基础物理研究和大科学装置感兴趣的学生了解并参与到高能物理实验中来，课题组为有志学子提供了广阔的平台。凡是对基础物理和计算机编程有初步了解的学生，均已具备进入实验室开展科研训练的知识基础。相比于课本成绩，课题组更看重学生对比如宇宙为啥由正物质组成这种根本问题的好奇心和钻研欲望。只要拥有这份好奇心，我们可以提供给你们一个高度国际化的平台，和来自北京谱仪III和大型强子对撞机底夸克合作组的高能物理学家们一起研究奇妙的微观世界。& ]0 Q9 o1 n, p6 P: v6 I
该工作得到海外高层次人才计划和国家自然科学基金重大项目的支持。 |
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