湖南大学研究团队在BESIII实验上对f0(980)粒子结构与性质的研究方面取得重要进展

第二代北京正负电子对撞机（BEPCII）上的北京谱仪III（BESIII）实验近期首次测量了奇异粲介子Ds电子型半轻衰变到轻标量粒子f₀(980)末态的强子化形状因子，并且该衰变模式的绝对分支比测量达到世界最高精度。相关研究由湖南大学物理与微电子科学学院张书磊助理教授及其研究生陶秋田主导完成，并以BESIII国际合作组的名义发表。

自1964年盖尔曼提出夸克模型以来，实验上观测到的强子大致可分为两类：介子（由正反夸克组成）和重子（由三个夸克组成）。轻标量粒子f₀(980)和f₀(500)自发现至今已长达半个世纪之久。然而，人们发现它们不同于传统介子和重子，其结构和性质直到今天依然成谜。研究它们对于理解量子色动力学（QCD）手征对称性自发破缺的动力学机制和强子质量起源甚至夸克紧闭物理都具有重要意义。由于低能区QCD非微扰的特性，人们对这类粒子性质的认识依然匮乏。

依托于新中国建造的第一个大科学实验装置北京正负电子对撞机及其上的北京谱仪III探测器，研究团队利用4.128–4.223 GeV能区采集的世界上最大的DsDs*阈值正负电子对撞数据样本，首次测量了奇异粲介子Ds半轻衰变过程Ds⁺→f₀(980)e⁺v_e，f₀(980)→π⁺π^-中的强子化形状因子（下图为形状因子的测量图），并以世界最高精度更新了该衰变的绝对分支比。

微分衰变宽度的拟合（a）和形状因子的投影图（b）

研究团队还首次寻找了半轻衰变过程Ds⁺→f₀(500)e⁺v_e，f₀(500)→π⁺π^-。由于没有看到明显信号，研究团队给出了其分支比上限。这些测量结果倾向于支持f₀(980)和f₀(500)为四夸克态的理论假设。同时，半轻衰变中形状因子可以作为探针来帮助人们深入理解轻标量粒子的性质以及粲介子衰变中的非微扰动力学。

相关研究成果发表于《物理评论快报》（Physics Review Letters），湖南大学物理与微电子科学学院张书磊助理教授为论文通讯作者，学生陶秋田为主要完成人。按照高能物理学界惯例，发表论文由合作组全体成员依作者姓氏英文字母顺序共同署名。相关研究工作得到科技部重点研发计划和湖南省自然科学基金委以及湖南大学“双一流”学科建设项目的经费支持。

文章连接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.141901

BESIII国际合作组新闻：http://bes3.ihep.ac.cn/hi/202404/t20240408_659377.html

来源：物电院

责任编辑：文亦佳