近日,，我院Belle II實(shí)驗(yàn)成員姬清平副教授與東南大學(xué)物理學(xué)院賈森副研究員,、復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代物理研究所沈成平教授的合作研究在底夸克偶素研究領(lǐng)域中取得重要進(jìn)展，成果以“Observation of e+e- -> omega chi_bJ(1P) and search for Xb -> omega Upsilon(1S) at sqrt(s) near 10.75 GeV”為題發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Phys. Rev. Lett. 130, 091902 (2023))上,。此項(xiàng)工作觀測(cè)到了Upsilon(10753)新的衰變模式Upsilon(10753) -> omega chi_bJ(1P),為闡釋Upsilon(10753)粒子的內(nèi)部屬性提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)信息,。該研究成果是基于正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Belle II實(shí)驗(yàn)完成的，是Belle II實(shí)驗(yàn)夸克偶素物理組（Quarkonium Working Group）發(fā)表的第一篇論文,。我校教師姬清平在其中對(duì)低能光子能量相關(guān)的系統(tǒng)誤差的研究作出重要貢獻(xiàn)。這也是我校自2020年11月份加入Belle II國(guó)際合作組以來我校教師合作完成的第一篇論文,。
由粲偶素和底偶素組成的重夸克偶素覆蓋了整個(gè)量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）能區(qū),，為理解QCD微擾和非微擾效應(yīng)發(fā)揮了重要的橋梁作用，是近年來粒子物理熱門的前沿研究領(lǐng)域之一,。2019年,，Belle實(shí)驗(yàn)在e+e- -> pi+ pi- Upsilon(nS) (n = 1, 2, 3)過程中首次發(fā)現(xiàn)了Upsilon(10753) [JHEP 10 (2019) 220]。為了進(jìn)一步測(cè)量10.75 GeV能量點(diǎn)附近底偶素衰變的性質(zhì),，Belle II實(shí)驗(yàn)在10.75 GeV附近獲取了共19.6 fb-1的數(shù)據(jù)樣本,，專門用于對(duì)Upsilon(10753)的研究。利用這些Belle II實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)樣本，我們對(duì)e+e- -> omega chi_bJ展開了研究,。在10.745 GeV能量點(diǎn),，chi_b1和omega的信號(hào)很明顯。利用Belle II實(shí)驗(yàn)在10.701, 10.745和10.745 GeV能量點(diǎn)和Belle實(shí)驗(yàn)在10.867 GeV能量點(diǎn)e+e- -> omega chi_bJ截面的結(jié)果,，我們得到了隨質(zhì)心能量變化的散射截面的分布,，見圖1，從該分布上可以看出明顯的Upsilon(10753)的信號(hào),，因此報(bào)道了新的Upsilon(10753)衰變模式Upsilon(10753)->omega chi_bJ,。除此之外，我們還對(duì)X(3872)在底夸克偶素能區(qū)對(duì)應(yīng)的Xb ->omega Upsilon(1S)進(jìn)行了尋找,，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的Xb的信號(hào),，給出了90%置信水平下截面與分支比連乘的上限。
圖1: 隨著質(zhì)心能量變化的e+e--> omega chi_b1和e+e--> omega chi_b2散射截面的分布,。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，在 10.75 GeV能量點(diǎn)附近，e+e- -> omega chi_bJ和e+e- -> pi+ pi- Upsilon(nS)的截面大小是相近的,，而在10.867 GeV能量點(diǎn),，e+e- -> omega chi_bJ的截面要比e+e- -> pi+ pi- Upsilon(nS)的截面小很多，這意味著Upsilon(10753)和Upsilon(10860)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不一樣,。同時(shí),，實(shí)驗(yàn)測(cè)得e+e--> omega chi_b1和e+e- -> omega chi_b2截面的比值是1.3+/-0.6，這和理論上用D波或S-D波混合的底夸克偶素去解釋Upsilon(10753)相矛盾,。以上信息為理解Upsilon(10753)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了重要的實(shí)驗(yàn)判據(jù),。
研究成果以Belle II合作組的名義發(fā)表，按照Belle II合作組慣例,，該論文的作者按照姓氏排序,，排名不表示實(shí)際貢獻(xiàn)大小。上述研究工作,，也受到了國(guó)內(nèi)理論學(xué)家郭奉坤教授,、劉翔教授、陳殿勇教授,，周智勇副教授的幫助,。
該項(xiàng)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目,、國(guó)際交流合作項(xiàng)目和河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目的資助,。
文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.091902