近日，北京谱仪BESIII实验在ψ2(3823)粒子的研究中取得重要进展，以超过5倍标准偏差的显著性在pi+pi-ψ2(3823)过程发现共振态信号，并精确测量了ψ2(3823)粒子性质，精度达到世界最高。研究结果在国际权威期刊美国物理评论快报(Physical Review Letters)杂志正式发表。该研究由山东大学和复旦大学的团队合作完成，山东大学前沿交叉科学青岛研究院粒子科学技术研究中心谢勇博士完成了实验数据的分析，指导教师刘智青教授为论文联系负责人。
1964年，美国科学家盖尔曼和茨威格提出了著名的夸克模型，指出强子都是由3个夸克（重子）或者由一对正反夸克（介子）构成。多年来，夸克模型正确描述了实验上观测到的大部分强子而被人们广泛接受。然而自2003年以来，人们在粲偶素能区发现了大量新的XYZ粒子，被认为是新强子态的候选者。新强子态超出了传统夸克模型中的重子和介子，对人们认识微观物质形态和研究强相互作用均具有重要的科学意义。
在这些XYZ粒子中，矢量态的Y粒子过去通常在隐粲末态被发现，如Y(4260)、Y(4360)、Y(4660)等。此次研究，团队首次提出了以D-波粲偶素粒子ψ2(3823)作为探针研究矢量态粒子的新思路。目前，实验上关于D-波粲偶素的数据非常少，并且由于极低的产生截面使得研究非常困难。通过开发基于半重建的事例筛选条件，且在不损失信号分辨的前提下，可以使信号效率提高2倍。采用BESIII积累的高统计量扫描数据样本，团队测量了e+e- -> pi+pi-ψ2(3823)的产生截面，发现4.4-4.6 GeV之间存在矢量态共振结构，其统计显著性超过了5倍标准偏差。这是实验上首次观测到Y粒子与D-波粲偶素的耦合。
另外，研究还对D-波粲偶素的性质做了精确测量。D-波粲偶素粒子ψ2(3823)位于开粲阈值以上。早在1994年，美国的E705实验就对它进行了寻找。后来，直到2015年才被BESIII实验确切发现。研究精确测量了ψ2(3823)的质量为3823.12+/-0.43+/-0.13 MeV，精度达到世界最高。BESIII对ψ2(3823)的质量测量精度达到~500 keV水平，这在开粲阈值以上的粲偶素中比较少见。
BESIII实验是我国运行的大型正负电子对撞机实验，其亮度在陶-粲能区世界最高。在之前成功运行的经验上，合作组计划进一步升级对撞亮度并于2024年完成，届时将为研究新强子态迎来新的契机。
相关研究结果同时被中国科学院高能物理研究所和BESIII合作组新闻报道。
以上研究得到了国家基金委、科技部和海外高层次人才引进计划的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.102003
BESIII合作组新闻：http://bes3.ihep.ac.cn/hi/202209/t20220905_313458.html
高能论坛：https://mp.weixin.qq.com/s/ZaYMchpSTtIcXYvft2kd9A
中国科学院高能所新闻：http://www.ihep.ac.cn/xwdt/gnxw/2022/202209/t20220907_6510011.html
