物科院朱瑞林教授與南開大學郝偉博士在中國科技卓越期刊《中國物理C》上以封面文章的形式發表了題為“Beauty-charm meson family with coupled channel effects and their strong decays”的研究成果。該研究首次在非淬火圖像下系統研究了底粲介子能譜和兩體強衰變,為雙重味強子家族能譜的構建和實驗尋找提供了重要的理論參考。
底粲介子是由底夸克和粲夸克兩種不同重味夸克組成的一類強子系統, 該家族第一個成員Bc(1S)在1998年被美國CDF實驗首次發現。我國張肇西院士、陳裕啟研究員、吳興剛教授和喬從豐教授等人在底粲介子發現之前和之后做過重要的理論工作。底粲介子與其它雙重介子體系不同的地方是,在當前正負電子對撞機上難以產生,而在強子對撞機上探測又伴隨著非常復雜的強子背景。歐洲大型強子對撞機上LHCb、CMS和ATLAS實驗近年來新發現了另外3個成員的信號,但是其中2個成員的質量譜仍然無法確定。我們在傳統哈密頓內引入了四夸克成分的貢獻后,在非淬火的圖像下系統計算了底粲介子能譜,能夠統一解釋實驗和格點QCD的結果,同時發現耦合道效應對于高的激發態質量產生一個大的偏移。下圖所示給出了理論計算結果與傳統GI模型、實驗數據和格點QCD模擬的對比,其中縱坐標給出底粲介子的質量,在自然單位制下光速c被置為無量綱數1。
為了在實驗上盡快探測到基態矢量Bc*介子和其它粒子,朱瑞林教授與碩士研究生耿乙淇和曹明祺提出了一種新的測量方案。論文在自然指數期刊PHYSICAL REVIEW D上以快報(Letter)形式發表,題目為 “Distinguishing the low-lying vector beauty-charm meson via polarization analysis”。
在該論文中,我們系統研究了基態矢量Bc*介子的電磁衰變,純輕衰變,以及到粲夸克偶素和輕強子衰變過程。我們發展了勢非相對論量子色動力學理論,將雙重介子的電磁衰變有效拉氏量拓展到了不等質量雙重夸克體系。研究發現通過對矢量粲夸克偶素自旋進行極化測量,可以幫助我們區分基態矢量Bc*介子的信號。通過研究,我們提出了矢量(贗標)重味介子到矢量重味介子躍遷過程中可能存在著普遍性極化規律,即贗標-矢量介子躍遷過程在大反沖區域末態矢量介子主要以縱向極化為主,而矢量-矢量介子躍遷過程中末態矢量介子主要是橫向極化。值得注意的是,LHCb實驗組最近發表的關于基態贗標Bc介子到粲夸克偶素和兩個pion介子衰變過程的測量[JHEP04 (2024) 151],指出實驗測量結果與我們2014年給出的理論預言高度一致。
這些研究成果將有助于重味物理實驗發現新的底粲介子,加深對量子色動力學非微擾效應和強子色禁閉機制的理解。作者感謝國家自然科學基金項目和中科院理論所彭桓武科教合作中心的資助。
論文鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1137/ad75f5
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.109.L071301