近日，我院Belle II實驗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《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett. 130, 091902 (2023))上。此項工作觀測到了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驗信息。該研究成果是基于正負電子對撞機Belle II實驗完成的，是Belle II實驗夸克偶素物理組（Quarkonium Working Group）發(fā)表的第一篇論文。我校教師姬清平在其中對低能光子能量相關(guān)的系統(tǒng)誤差的研究作出重要貢獻。這也是我校自2020年11月份加入Belle II國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量子色動力學(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實驗在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]。為了進一步測量10.75 GeV能量點附近底偶素衰變的性質(zhì)，Belle II實驗在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Upsilon(10753)的研究。利用這些Belle II實驗的數(shù)據(jù)樣本，我們對e+e- -> omega chi_bJ展開了研究。在10.745 GeV能量點，chi_b1和omega的信號很明顯。利用Belle II實驗在10.701, 10.745和10.745 GeV能量點和Belle實驗在10.867 GeV能量點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，因此報道了新的Upsilon(10753)衰變模式Upsilon(10753)->omega chi_bJ。除此之外，我們還對X(3872)在底夸克偶素能區(qū)對應(yīng)的Xb ->omega Upsilon(1S)進行了尋找，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的Xb的信號，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。
實驗發(fā)現(xiàn)，在 10.75 GeV能量點附近，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，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，實驗測得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)提供了重要的實驗判據(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，排名不表示實際貢獻大小。上述研究工作，也受到了國內(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。
該項工作受到國家自然科學(xué)基金面上項目、重點項目、國際交流合作項目和河南省高等學(xué)校重點科研項目的資助。
文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.091902