发布时间：2018-10-20 点击：2388
中国科学技术大学博士研究生王维平、特任副研究员周小蓉与校友严亮博士等组成的研究团队，在重子对近阈产生研究中取得重要进展，分别在Λc与Λ 重子对的产生阈值附近观测到反常的截面增强。该研究属于北京谱仪BESIII QCD物理课题，科大鄢文标副教授担任t-QCD物理组召集人，科大团队在相关研究中发挥主导作用。这些结果为研究重子的产生机制和内部结构提供了高精度的实验数据，引起相关领域理论家的广泛讨论。研究成果分别发表在Phys. Rev. Lett. 120, 132001 (2018) (https://journals.aps.org/prl/references/10.1103/PhysRevLett.120.132001)和Phys. Rev. D. 97, 032013 (2018) ( https://journals.aps.org/prd/pdf/10.1103/PhysRevD.97.032013) 。
重子是组成物质的基本单元，如质子、中子即为普通重子。根据夸克模型，重子由三个夸克构成。Λ重子为电中性，夸克组成为uds；Λc重子带单位电荷，夸克组成为udc. 1961年，N. Cabibbo提出正负电子对湮没到自旋为1/2重子对的玻恩截面可以用该重子的电磁形状因子参数化描述。由于阈值附近相空间小，重子对产生截面被压低。对于带电重子对，引入Sommerfeld因子描述末态重子对的库伦相互作用。该修正因子与相空间因子成反比，抵消了相空间压低效应，使得带电重子对在阈值产生截面不为零。对于中性重子对，由于不存在库伦相互作用，因此理论上阈值产生截面为零。BESIII上t-QCD物理组在质心能量4.5745 至4.5995 GeV处测量了正负电子对湮没到Λc重子对的玻恩截面，其精确的实验结果显示阈值附近截面存在一个“平台区”，与理论预期不符。另外，t-QCD组还在质心能量2.2324 GeV处测量了正负电子对湮没到Λ重子对的玻恩截面，观测到中性重子对非零的阈值截面，亦与理论预期不符。因此，在带电和中性重子对的阈值附近都观测到了反常的截面增强效应。该实验结果在理论上引起广泛的讨论，其解释包括末态相互作用、阈值附近共振态效应、Sommerfeld因子进一步修正等。第三种解释由该研究的合作者之一、意大利INFN研究所的物理学家Rinaldo Baldini Ferroli提出，他认为在库伦相互作用中需要考虑重子的非点状性，通过在Sommerfeld 因子中引入强相互作用耦合，可以分别解释实验上观测到的Λc和Λ重子对阈值附近反常的截面增强效应。
图：Λ c 重子对在阈值附近的玻恩截面
我校博士研究生王维平和特任副研究员周小蓉在导师黄光顺教授的指导下完成了研究工作，是主要贡献者。合作者严亮博士目前供职于意大利都灵大学，其本科毕业于中国科学技术大学，该工作是其博士后期间在我校做的主要课题之一。其他合作者包括高能所博士生宋维民（现山东大学博士后）和中国科学院大学博士后李培荣（现兰州大学青年研究员）。由该工作衍生的一系列重子对产生截面的测量已经展开，未来将有更丰富的实验结果来解释重子对的产生机制。这些研究受到国家自然科学基金委员会、科技部和中国科学院等部门的资助。