近日，北京譜儀Ⅲ實驗發(fā)現了一個質量為1882 MeV的共振結構X（1880），很可能為質子-反質子束縛態(tài)，該研究成果于2024年4月9日發(fā)表在《物理評論快報》上（Phys.Rev.Lett. 132,151901 (2024)），被選為亮點論文，同時被美國物理學會以“Evidence of a new subatomic particle（一個新亞原子粒子的證據）”為標題作新聞報道。
質子是構成原子核的基本粒子之一，而反質子則是質子的反物質對稱粒子，具有和質子相同的質量但帶有相反的電荷。當質子和反質子相遇時，它們會相互湮滅，釋放出巨大的能量。然而，一些理論預測質子和反質子也可以通過強相互作用力結合形成一種壽命極短的狀態(tài)，稱為質子-反質子束縛態(tài)。尋找這樣的新型強子態(tài)是高能物理實驗的重要目標之一。
2013年，北京譜儀Ⅲ實驗在研究J/ψ粒子衰變成一個光子和3對正負π介子的過程時，首次在該過程中發(fā)現了新共振結構X(1840)，其質量恰好位于質子-反質子質量閾值附近，但略低于該閾值。對該共振結構的深入研究對理解其性質至關重要。
當前，北京譜儀III實驗已經采集100億 J/ψ衰變事例，其統(tǒng)計量是之前研究使用數據樣本的50倍，為進一步開展相關研究奠定了堅實基礎。利用這批數據，在3(π+π-)質量譜上首次觀測到了一種反常結構。該結構由兩個共振結構疊加形成，除2013年發(fā)現的X(1840)之外，還存在一個新的共振結構，被命名為X(1880)，其質量和寬度分別為1882.1±1.7±0.7 MeV和30.7±5.5±2.4 MeV，統(tǒng)計顯著性大于10倍標準偏差。這個新共振結構的質量恰好比一個質子和一個反質子之和略重一點，其性質很像是質子-反質子束縛態(tài)，為質子-反質子束縛態(tài)的存在提供了新的實驗依據。
該成果主要由中國科學院高能物理研究所房雙世研究員、博士研究生陳通和廣西師范大學秦麗清副教授等北京譜儀Ⅲ合作組成員共同完成。北京譜儀Ⅲ探測器維護和離線軟件團隊、北京正負電子對撞機的加速器運行維護團隊為數據采集和分析做出了重要貢獻。
核子-反核子束縛態(tài)示意圖
延伸閱讀：
Phys. Rev. Lett.文章：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.151901
美國物理學會報道：
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