新方法首次发现正负电子湮灭直接产生非矢量粒子过程

本报讯 近日，北京正负电子对撞机上北京谱仪III（BESIII）实验发现了轴矢量粲偶素χc1（1P）的新产生方法，在历史上首次观测到正负电子湮灭直接产生非矢量粒子的过程，为强子物理研究提供了新思路。相关研究已发表于《物理评论快报》。

正负电子对撞机在粒子物理发展中发挥了重要作用。正负电子湮灭通常产生一个虚光子，根据守恒定律，反应末态为与虚光子具有相同量子数的矢量粒子，如1974年由丁肇中教授和Burton Richter教授发现的J/ψ粒子。

χc1（1P）粒子与J/ψ粒子属于同一个家族，都是由一对正反粲夸克组成的介子，但是量子数与J/ψ粒子不同，是轴矢量粒子。轴矢量粒子不能通过单光子产生，但可以通过交换两个虚光子发生。由于双光子交换过程比单光子交换过程发生的概率要低几万倍，早在40年前这种产生过程就被理论家提出，但在实验上一直没有被观测到。

BESIII实验在χc1（1P）质量附近的4个能量点采集了扫描数据，巧妙地利用了信号过程和本底过程之间的干涉效应，发现了信号过程。统计检验表明信号过程由本底过程造成的可能性小于千万分之三。此外，BESIII实验首次测量了χc1（1P）粒子的电子宽度。

中国科学院院士、中科院理论物理研究所研究员邹冰松表示：“粒子轻子宽度的测量对甄别其内部结构属性非常重要。此项发现通过观测轴矢量粒子χc1在正负电子对撞实验上的直接产生，提供了测量非矢量粒子轻子宽度的新方法，应当推广并系统地对其他非矢量粒子进行测量。”（张双虎 黄辛）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.122001