北京譜儀實驗發現新的Zc結構

　北京譜儀III（BESIII）實驗國際合作組于2013年3月宣布發現了一個新的共振結構Zc(3900)，該發現引起國際廣泛關注，《物理評 論快報》、《自然》等雜志做了熱點報道。因為其中含有一對正反粲夸克且帶有和電子相同或相反的電荷，提示其中至少含有四個夸克，極有可能是科學家們長期尋 找的介子分子態或四夸克態。Zc(3900)的發現引發了實驗和理論研究的熱潮，并引出了一系列亟待回答的問題：Zc(3900)到底是什么粒子，它的自 旋-宇稱量子數是什么，它還有什么其他衰變模式，是否存在與Zc(3900)性質相同的伴隨態，等等。

　　BESIII實驗在宣布發現了 Zc(3900)之后迅速改變了當年的數據采集計劃，在可能產生Zc(3900)或其伴隨態的能量上采集了之前4倍的數據量，從而擁有了世界上最大的研究 Zc(3900)及相關粒子性質的數據樣本，為深入研究Zc(3900)的性質、尋找Zc(3900)的伴隨態以及研究其他性質尚不明確的粒子，如日本 Belle實驗發現的X(3872)和美國BaBar實驗發現的Y(4260)等，提供了數據基礎。

　　在近期提交的四篇論文 中，BESIII合作組宣布新發現了一種Zc(3900)的衰變模式，并確定了其自旋-宇稱量子數；在兩個不同的衰變末態中發現了兩個新的共振結構，分別 命名為Zc(4020)和Zc(4025)，他們極有可能是Zc(3900)的質量較高的伴隨態；首次觀測到X(3872)在Y(4260)輻射躍遷中的 產生。上述文章已提交Physical Review Letters發表。

　　新發現的Zc(3900)的衰變模式為末態含一個帶電粲介 子和一個中性矢量反粲介子，而且實驗結果表明這種衰變模式比發現Zc(3900)的一個帶電p介子和一個J/ψ介子要大得多，約是其6倍，這可以有效地區 分有關Zc(3900)性質的理論模型；利用這種衰變模式還確定Zc(3900)的自旋為1宇稱為正，這個信息為理論模型計算和格點規范量子色動力學計算 提供了重要的輸入。

　　與發現Zc(3900)類似，Zc(4020)也是在末態中含有一個帶電p粒子和一個粲偶素粒子中發現的，不過這里的粲偶素粒子稱為h_c， 與J/ψ類似，它也由一對正反粲夸克組成但質量更高，因此Zc(4020)與Zc(3900)具有類似的性質。與Zc(3900)不同，Zc(4025) 是在完全不同的末態中發現的。Zc(4025)衰變產生一個中性矢量粲介子（內含一個粲夸克和一個反上夸克）和一個帶電矢量反粲介子（內含一個反粲夸克和 一個下夸克），因此其組分中也至少含有4個夸克。

　　新發現的Zc(4020) 和Zc(4025)質量差別很小，但衰變的壽命存在一定差 異，目前的實驗數據尚不能斷定二者是否是同一個粒子，后續的研究在進行當中。不論Zc(4020) 和Zc(4025) 是否是同一個粒子，都為我們理解 這些新粒子的性質提供了重要的實驗信息，尤其是在區分這些粒子是四夸克態或分子態上，這些信息可能是決定性的。

　　BESIII實驗還首次 發現了一種X(3872)的產生模式，即通過Y(4260)的輻射躍遷產生。這個2003年發現的粒子，由于其奇特的性質引起了理論和實驗的廣泛關注，但 由于實驗信息缺乏，人們對其性質莫衷一是。BESIII的發現為精確研究X(3872)提供了一種可能，但BESIII目前的數據量仍然不足，需要更大的 數據樣本進行后續研究。

　　BESIII的實驗結果將目前強子譜領域的熱點包括X(3872)、Y(4260)和Zc(3900)等聯系到了一起，極有可能說明這些粒子之間存在著千絲萬縷的聯系，也提示理論研究應當把它們放在一個統一的框架里討論，這樣才能真正理解他們的性質。

　　目前，北京譜儀積累的數據還提供了深入研究這些帶電類粲偶素的許多其他可能，多項物理分析都在緊張進行中，與該領域的理論研究相結合，將進一步揭示奇特態粒子的性質。