严亮课题组在《Physical Review Letters》杂志上发表hc辐射衰变研究的新成果

近日，北京谱仪III（BESIII）合作组在粲偶素h_c的辐射衰变研究方面取得重要进展。相关成果于2025年6月17日在线发表在国际顶级期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 134, 241902 (2025)]。该研究由复旦大学现代物理研究所与中国科院高能物理研究所合作完成。

粲偶素由一对正反粲夸克组成，是研究强相互作用与基本粒子结构的重要平台。其中，P-波自旋单态h_c粒子的研究相对较少。除了其主要的辐射跃迁过程h_c→γη_c 之外，此前只有两种辐射衰变过程h_c→γη与h_c→γη’被实验观测到。这些h_c辐射衰变的实验结果与理论上所预测的B(h_c→γ+2g)=5.5%有很大差异。

本研究利用BESIII探测器采集的约27亿ψ（3686）事例样本，通过ψ（3686）→π⁰h_c过程，系统地分析了h_c辐射衰变到多种轻强子末态的过程。研究团队首次明确观测到h_c→γX(X=π⁺π^-,π⁺π^-η, 2(π⁺π^-),ppbar)的四种新的衰变模式（见图1），其统计显著性均大于5倍统计偏差（5σ），并且首次测量了相应的分支比。综合所有已知的h_c辐射衰变模式，其总分支比约为0.8%，依然远低于理论模型预言值，说明理论和实验方面都有大量未知物理有待探索。

尤其值得一提的是，研究中首次观测到h_c辐射衰变到张量介子f₂(1270)的过程，其统计显著性为5.1σ。测得的h_c→γf₂(1270)→γπ⁺π^- 的分支比相较于J/ψ衰变中的结果小一个数量级。这是h_c辐射衰变研究中的一项重要突破。该测量结果不仅扩展了h_c衰变的研究范围，也为研究f₂(1270)中可能存在的夸克-胶球混合成分提供了新的实验依据。本项研究不仅丰富了我们对粲偶素衰变机制的认识，也为未来探索胶球及其他奇特态粒子开辟了新途径。

图1: 对M(γX)分布的拟合，其中X分别是π⁺π^-,π⁺π^-η, 2(π⁺π^-),和ppbar。

该工作得到了国家自然科学基金委，科技部，上海市科委的资助。复旦大学博士研究生朱腾蛟与其导师严亮青年研究员，复旦大学的郭玉萍青年研究员和高能物理研究所的王至勇研究员为本研究的主要完成人。

URL: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/v4hf-s8x8 

DOI: https://doi.org/10.1103/v4hf-s8x8

BESIII合作组Highlights:

http://bes3.ihep.ac.cn/hi/202506/t20250618_1045752.html