我所沈成平教授团队在底夸克偶素研究领域中取得重要新进展，成果以“Observation of e+e- → ωχbJ(1P) and search for Xb → ωγ(1S) at √3 near 10.75 GeV”为题发表在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 130, 091902 (2023))上。此项工作观测到了γ(10753)新的衰变模式γ(10753) → ωχbJ(1P)，为阐释γ(10753)粒子的结构属性提供了宝贵的实验信息。该研究成果是基于日本KEK正负电子对撞机Belle II实验完成的。
由粲偶素和底偶素组成的重夸克偶素是理解量子色动力学（QCD）微扰和非微扰效应的理想研究对象，是近年来粒子物理研究前沿领域之一。2019年，Belle实验在 e+e- → π+π-γ(nS)(n = 1, 2, 3)过程中首次发现了γ(10753)[JHEP 10 (2019) 220]。为了进一步测量10.75 GeV能量点附近底偶素衰变的性质，Belle II实验在10.75 GeV附近获取了共19.6 fb-1的数据样本，专门用于对γ(10753)的研究。利用这些Belle II实验的数据样本，团队对e+e- → ωχbJ 展开了研究，在10.745 GeV能量点，观测到明显的 χb1和ω的信号。利用Belle II实验在10.701, 10.745和10.805 GeV能量点和Belle实验在10.867 GeV能量点测量的结果，得到了e+e- → ωχbJ过程散射截面随质心能量的变化分布，如图1所示。从该分布上可以看出明显的γ(10753)的信号，发现了新的衰变模式γ(10753) → ωχbJ。除此之外，团队还对X(3872)在底夸克偶素能区对应的Xb→ωγ(1S) 进行了寻找，没有发现明显的Xb信号，给出了90%置信水平下散射截面与分支比连乘的上限。
图1: 随着质心能量变化的和散射截面的分布。
实验发现，在 10.75 GeV能量点附近，e+e- → ωχbJ 和e+e- → π+π-γ（nS）的截面大小是相近的，而在10.867 GeV能量点，e+e- → ωχbJ 的截面要比e+e- →π+π-γ（nS）的截面小很多，这意味着γ(10753)和γ(10860)的内部结构是不一样。同时，实验测得e+e- → ωχb1 和e+e- → ωχb2 截面的比值是1.3±0.6，这和理论上用D波或S-D波混合的底夸克偶素去解释γ(10753)相矛盾。实验结果为理解γ(10753)的内部结构提供了重要的判据。
研究成果以Belle II合作组的名义发表，按照Belle II合作组惯例，该论文的作者按照姓氏排序，排名不表示实际贡献大小。复旦大学现代物理研究所沈成平教授和东南大学物理学院贾森副研究员（贾森于2022年8月由复旦大学博士后出站）是该研究工作的主要完成人，该工作的合作者还包括河南师范大学物理学院姬清平副教授，也得到了国内理论学家郭奉坤教授、刘翔教授、陈殿勇教授，周智勇副教授的帮助。
上述研究论文是沈成平教授团队今年内在强子物理领域发表的第2篇Phys. Rev. Lett. 论文。此前，团队利用Belle实验数据在B介子衰变中发现了新的粲重子Λc(2910)+（Phys. Rev. Lett. 130, 031901，2023年1月），该工作主要由沈成平教授和李郁博博士（李郁博于2022年7月由复旦大学博士后出站）完成。
上述工作受到国家自然科学基金面上项目、重点项目和国际交流合作项目的资助。
文章链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.031901
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.091902
Belle 文章公开网站链接：https://belle.kek.jp/bdocs/b_journal.html
Belle II公开网站链接：https://confluence.desy.de/display/BI/Journal+Publications
