Observation of double ssˉ production in e+e− collision at s=3.08 GeV
BESIII实验报告了在质心能量为s=3.08 GeV的e+e−碰撞中观测到显著的双-ssˉ产生,测得的比率约为40.4%,这与双-ccˉ的产生速率相一致,并对现有的关于夸克强子化的理论预测提出了挑战。
原作者: BESIII Collaboration, M. Ablikim, M. N. Achasov, P. Adlarson, X. C. Ai, C. S. Akondi, R. Aliberti, A. Amoroso, Q. An, Y. H. An, M. S. Anderson, Y. Bai, O. Bakina, H. R. Bao, X. L. Bao, M. Barbagiovanni, V. Batozskaya, K. Begzsuren, N. Berger, M. Berlowski, M. B. Bertani, D. Bettoni, F. Bianchi, E. Bianco, A. Bortone, I. Boyko, R. A. Briere, A. Brueggemann, D. Cabiati, H. Cai, M. H. Cai, X. Cai, A. Calcaterra, G. F. Cao, N. Cao, S. A. Cetin, X. Y. Chai, J. F. Chang, T. T. Chang, G. R. Che, Y. Z. Che, C. H. Chen, Chao Chen, G. Chen, H. S. Chen, H. Y. Chen, M. L. Chen, S. J. Chen, S. M. Chen, T. Chen, W. Chen, X. R. Chen, X. T. Chen, X. Y. Chen, Y. B. Chen, Y. Q. Chen, Z. K. Chen, J. Cheng, L. N. Cheng, S. K. Choi, X. Chu, G. Cibinetto, F. Cossio, J. Cottee-Meldrum, H. L. Dai, J. P. Dai, X. C. Dai, A. Dbeyssi, R. E. de Boer, D. Dedovich, Z. Y. Deng, A. Denig, I. Denisenko, M. Destefanis, F. De Mori, E. Di Fiore, X. X. Ding, Y. Ding, Y. X. Ding, J. Dong, L. Y. Dong, M. Y. Dong, X. Dong, Z. J. Dong, M. C. Du, S. X. Du, Shaoxu Du, X. L. Du, Y. Q. Du, Y. Y. Duan, Z. H. Duan, P. Egorov, G. F. Fan, J. J. Fan, K. X. Fan, Y. H. Fan, J. Fang, Jin Fang, S. S. Fang, W. X. Fang, Y. Q. Fang, L. Fava, F. Feldbauer, G. Felici, C. Q. Feng, J. H. Feng, Q. X. Feng, Y. T. Feng, M. Fritsch, C. D. Fu, J. L. Fu, Y. W. Fu, H. Gao, Xu Gao, Y. Gao, Y. N. Gao, Y. Y. Gao, Yunong Gao, Z. Gao, S. Garbolino, I. Garzia, L. Ge, P. T. Ge, Z. W. Ge, C. Geng, A. Gilman, K. Goetzen, J. Gollub, J. B. Gong, J. D. Gong, L. Gong, W. X. Gong, W. Gradl, M. Greco, M. D. Gu, M. H. Gu, C. Y. Guan, A. Q. Guo, H. Guo, J. N. Guo, L. B. Guo, M. J. Guo, R. P. Guo, X. Guo, Y. P. Guo, Z. Guo, A. Guskov, J. Gutierrez, J. Y. Han, T. T. Han, X. Han, F. Hanisch, K. D. Hao, X. Q. Hao, F. A. Harris, C. Z. He, K. K. He, K. L. He, F. H. Heinsius, C. H. Heinz, Y. K. Heng, C. Herold, P. C. Hong, G. Y. Hou, X. T. Hou, Y. R. Hou, Z. L. Hou, H. M. Hu, J. F. Hu, Q. P. Hu, S. L. Hu, T. Hu, Y. Hu, Y. X. Hu, Z. M. Hu, G. S. Huang, K. X. Huang, L. Q. Huang, P. Huang, X. T. Huang, Y. P. Huang, Y. S. Huang, T. Hussain, N. Hüsken, N. in der Wiesche, J. Jackson, Q. Ji, Q. P. Ji, W. Ji, X. B. Ji, X. L. Ji, Y. Y. Ji, L. K. Jia, X. Q. Jia, D. Jiang, S. J. Jiang, X. S. Jiang, Y. Jiang, J. B. Jiao, J. K. Jiao, Z. Jiao, L. C. L. Jin, S. Jin, Y. Jin, M. Q. Jing, X. M. Jing, T. Johansson, S. Kabana, X. L. Kang, X. S. Kang, B. C. Ke, V. Khachatryan, A. Khoukaz, O. B. Kolcu, B. Kopf, L. Kröger, L. Krümmel, Y. Y. Kuang, M. Kuessner, X. Kui, N. Kumar, A. Kupsc, W. Kühn, Q. Lan, W. N. Lan, T. T. Lei, M. Lellmann, T. Lenz, C. Li, C. H. Li, C. K. Li, Chunkai Li, Cong Li, D. M. Li, F. Li, G. Li, H. B. Li, H. J. Li, H. L. Li, H. N. Li, H. P. Li, Hui Li, J. N. Li, J. S. Li, J. W. Li, K. Li, K. L. Li, L. J. Li, L. K. Li, Lei Li, M. H. Li, M. R. Li, M. T. Li, P. L. Li, P. R. Li, Q. M. Li, Q. X. Li, R. Li, S. Li, S. X. Li, S. Y. Li, Shanshan Li, T. Li, T. Y. Li, W. D. Li, W. G. Li, X. Li, X. H. Li, X. K. Li, X. L. Li, X. Y. Li, X. Z. Li, Y. Li, Y. H. Li, Y. B. Li, Y. C. Li, Y. G. Li, Y. P. Li, Z. H. Li, Z. J. Li, Z. L. Li, Z. X. Li, Z. Y. Li, Zaiyi Li, C. Liang, H. Liang, Y. F. Liang, Y. T. Liang, Z. Z. Liang, G. R. Liao, L. B. Liao, M. H. Liao, Y. P. Liao, J. Libby, A. Limphirat, C. C. Lin, C. X. Lin, D. X. Lin, T. Lin, B. J. Liu, B. X. Liu, C. Liu, C. X. Liu, F. Liu, F. H. Liu, Feng Liu, G. M. Liu, H. Liu, H. B. Liu, H. M. Liu, Huihui Liu, J. B. Liu, J. J. Liu, K. Liu, K. Y. Liu, Ke Liu, Kun Liu, L. Liu, L. C. Liu, Lu Liu, M. H. Liu, P. L. Liu, Q. Liu, S. B. Liu, T. Liu, W. T. Liu, X. Liu, X. K. Liu, X. L. Liu, X. P. Liu, X. T. Liu, X. Y. Liu, Y. Liu, Y. B. Liu, Yi Liu, Z. A. Liu, Z. D. Liu, Z. Q. Liu, Z. X. Liu, Z. Y. Liu, X. C. Lou, H. J. Lu, J. G. Lu, X. L. Lu, Y. Lu, Y. H. Lu, Y. P. Lu, Z. H. Lu, C. L. Luo, J. R. Luo, J. S. Luo, M. X. Luo, T. Luo, X. L. Luo, Z. Y. Lv, X. R. Lyu, Y. F. Lyu, Y. H. Lyu, C. L. Ma, F. C. Ma, H. L. Ma, Heng Ma, J. L. Ma, L. L. Ma, L. R. Ma, Q. M. Ma, R. Q. Ma, R. Y. Ma, T. Ma, X. T. Ma, X. Y. Ma, F. E. Maas, I. MacKay, M. Maggiora, S. Maity, S. Malde, Q. A. Malik, L. M. Mansur, Y. J. Mao, Z. P. Mao, S. Marcello, A. Marshall, F. M. Melendi, Y. H. Meng, Z. X. Meng, G. Mezzadri, H. Miao, T. J. Min, R. E. Mitchell, X. H. Mo, A. F. Mohammad, B. Moses, N. Yu. Muchnoi, J. Muskalla, Y. Nefedov, F. Nerling, H. Neuwirth, Z. Ning, S. Nisar, Q. L. Niu, W. D. Niu, Y. Niu, C. Normand, S. L. Olsen, Q. Ouyang, I. V. Ovtin, S. Pacetti, Y. Pan, C. Y. Pang, A. Pathak, Y. P. Pei, M. Pelizaeus, G. L. Peng, H. P. Peng, X. J. Peng, Y. Y. Peng, K. Peters, K. Petridis, J. L. Ping, R. G. Ping, S. Plura, V. Prasad, L. Pöpping, F. Z. Qi, H. R. Qi, L. Y. Qian, S. Qian, W. B. Qian, C. F. Qiao, J. H. Qiao, J. J. Qin, J. L. Qin, L. Q. Qin, L. Y. Qin, P. B. Qin, X. P. Qin, X. S. Qin, Z. H. Qin, J. F. Qiu, Z. H. Qu, J. Rademacker, K. Ravindran, C. F. Redmer, A. Rivetti, M. Rolo, G. Rong, S. S. Rong, F. Rosini, Ch. Rosner, M. Q. Ruan, W. R. Ruangyoo, N. Salone, A. Sarantsev, Y. Schelhaas, M. Schernau, K. Schoenning, M. Scodeggio, W. Shan, X. Y. Shan, Z. J. Shang, J. F. Shangguan, L. G. Shao, M. Shao, C. P. Shen, H. F. Shen, W. H. Shen, X. Y. Shen, B. A. Shi, Ch. Y. Shi, H. Shi, J. L. Shi, J. Y. Shi, M. H. Shi, S. Shi, S. Y. Shi, X. Shi, X. D. Shi, H. L. Song, J. J. Song, M. H. Song, T. Z. Song, W. M. Song, Y. X. Song, Zirong Song, S. Sosio, S. Spataro, S. Stansilaus, F. Stieler, M. Stolte, S. S Su, G. B. Sun, G. X. Sun, H. Sun, H. K. Sun, J. F. Sun, K. Sun, L. Sun, R. Sun, S. S. Sun, T. Sun, W. Y. Sun, Y. C. Sun, Y. H. Sun, Y. J. Sun, Y. Z. Sun, Z. Q. Sun, Z. T. Sun, H. Tabaharizato, N. T. Tagsinsit, C. J. Tang, G. Y. Tang, J. Tang, J. J. Tang, L. F. Tang, Y. A. Tang, Z. H. Tang, L. Y. Tao, M. Tat, J. X. Teng, J. Y. Tian, W. H. Tian, Y. Tian, Z. F. Tian, K. Yu. Todyshev, I. Uman, E. van der Smagt, B. Wang, Bin Wang, Bo Wang, C. Wang, Chao Wang, Cong Wang, D. Y. Wang, F. K. Wang, H. J. Wang, H. R. Wang, J. Wang, J. H. Wang, J. J. Wang, J. P. Wang, K. Wang, L. L. Wang, L. W. Wang, M. Wang, Mi Wang, N. Y. Wang, P. Wang, S. Wang, Shun Wang, T. Wang, W. Wang, W. P. Wang, X. F. Wang, X. L. Wang, X. N. Wang, Xin Wang, Y. Wang, Y. D. Wang, Y. F. Wang, Y. H. Wang, Y. J. Wang, Y. L. Wang, Y. N. Wang, Yanning Wang, Yaqian Wang, Yi Wang, Yuan Wang, Z. Wang, Z. L. Wang, Z. Q. Wang, Z. Y. Wang, Zhi Wang, Ziyi Wang, D. Wei, D. H. Wei, D. J. Wei, H. R. Wei, F. Weidner, H. R. Wen, S. P. Wen, U. Wiedner, G. Wilkinson, J. F. Wu, L. H. Wu, L. J. Wu, Lianjie Wu, S. G. Wu, S. M. Wu, X. W. Wu, Z. Wu, H. L. Xia, L. Xia, B. H. Xiang, D. Xiao, G. Y. Xiao, H. Xiao, Y. L. Xiao, Z. J. Xiao, C. Xie, K. J. Xie, Y. Xie, Y. G. Xie, Y. H. Xie, Z. P. Xie, T. Y. Xing, D. B. Xiong, G. F. Xu, H. Y. Xu, Q. J. Xu, Q. N. Xu, T. D. Xu, X. P. Xu, Y. Xu, Y. C. Xu, Z. S. Xu, F. Yan, L. Yan, W. B. Yan, W. C. Yan, W. H. Yan, W. P. Yan, X. Q. Yan, Y. Y. Yan, H. J. Yang, H. L. Yang, H. X. Yang, J. H. Yang, L. Y. Yang, R. J. Yang, X. Y. Yang, Y. Yang, Y. G. Yang, Y. H. Yang, Y. M. Yang, Y. Q. Yang, Y. Z. Yang, Youhua Yang, Z. Y. Yang, W. J. Yao, Z. P. Yao, M. Ye, M. H. Ye, Z. J. Ye, K. Yi, Junhao Yin, Qiqin Yin, Z. Y. You, B. X. Yu, C. X. Yu, G. Yu, J. S. Yu, L. W. Yu, T. Yu, X. D. Yu, Y. C. Yu, Yongchao Yu, C. Z. Yuan, H. Yuan, J. Yuan, Jie Yuan, L. Yuan, M. K. Yuan, S. H. Yuan, Y. Yuan, Z. Y. Yuan, C. X. Yue, Ying Yue, A. A. Zafar, F. R. Zeng, S. H. Zeng, X. Zeng, Y. J. Zeng, Yujie Zeng, Y. C. Zhai, Y. H. Zhan, B. L. Zhang, B. X. Zhang, D. H. Zhang, G. Y. Zhang, Gengyuan Zhang, H. Zhang, H. C. Zhang, H. H. Zhang, H. L. Zhang, H. Q. Zhang, H. R. Zhang, H. Y. Zhang, Han Zhang, J. Zhang, J. J. Zhang, J. L. Zhang, J. Q. Zhang, J. S. Zhang, J. W. Zhang, J. X. Zhang, J. Y. Zhang, J. Z. Zhang, Jianyu Zhang, Jin Zhang, Jiyuan Zhang, L. M. Zhang, Lei Zhang, N. Zhang, P. Zhang, Q. Zhang, Q. Y. Zhang, Q. Z. Zhang, R. Y. Zhang, S. H. Zhang, S. N. Zhang, Shulei Zhang, X. M. Zhang, X. Y. Zhang, Y. T. Zhang, Y. H. Zhang, Y. P. Zhang, Yao Zhang, Yu Zhang, Yu Zhang, Z. Zhang, Z. D. Zhang, Z. H. Zhang, Z. L. Zhang, Z. X. Zhang, Z. Y. Zhang, Z. Z. Zhang, Zh. Zh. Zhang, Zhaoke Zhang, Zhilong Zhang, Ziyang Zhang, Ziyu Zhang, G. Zhao, J. -P. Zhao, J. Y. Zhao, J. Z. Zhao, L. Zhao, Lei Zhao, M. G. Zhao, R. P. Zhao, S. J. Zhao, Y. B. Zhao, Y. L. Zhao, Y. P. Zhao, Y. X. Zhao, Z. G. Zhao, A. Zhemchugov, B. Zheng, B. M. Zheng, J. P. Zheng, W. J. Zheng, W. Q. Zheng, X. R. Zheng, Y. H. Zheng, B. Zhong, C. Zhong, X. Zhong, H. Zhou, J. Q. Zhou, S. Zhou, X. Zhou, X. K. Zhou, X. R. Zhou, X. Y. Zhou, Y. X. Zhou, Y. Z. Zhou, A. N. Zhu, J. Zhu, K. Zhu, K. J. Zhu, K. S. Zhu, L. X. Zhu, Lin Zhu, S. H. Zhu, T. J. Zhu, W. D. Zhu, W. J. Zhu, W. Z. Zhu, Y. C. Zhu, Z. A. Zhu, X. Y. Zhuang, M. Zhuge, J. H. Zou, J. Zu
原始论文采用 CC BY 4.0 许可(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性,请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
为了理解可见宇宙是如何构建的,物理学家必须观察最基本的成分:夸克。这些是微小且难以捉摸的粒子,在自然界中从未单独存在。相反,它们被一种被称为强相互作用的强大力量结合在一起,这种力量就像一种无形的胶水,迫使它们聚集成被称为强子(hadrons)的复合粒子。这种结合的过程被称为强子化(hadronization),它是管理这些力量的理论——即量子色动力学(quantum chromodynamics)中最复杂且最难计算的方面之一。虽然科学家们早已了解单对夸克及其反物质对应物(反夸克)如何转化为粒子,但一个更深的谜团仍然存在:当两对这样的夸克同时产生时,会发生什么?它们是仅仅独立地转化为粒子,还是会以意想不到的方式相互影响?回答这个问题至关重要,因为它测试了我们目前对物质如何从纯能量中形成的理解极限。
由北京高能物理研究所的 BESIII 探测器组成的研究团队,现在在解决这一谜题方面迈出了重要一步。他们将注意力集中在一种特定类型的夸克——奇夸克(strange quark)上。通过在 30.8 亿电子伏特的精确能量水平下碰撞电子及其反物质伙伴——正电子,他们创造了可以产生奇夸克和反夸克对的条件。研究人员正在寻找一种罕见事件,即两对这样的夸克同时产生。在这些事件中,其中一对会形成一种被称为 ϕ 介子(phi meson)的粒子,它本质上是奇夸克和奇反夸克的结合态。另一对则会转化为另一组粒子,例如其他的介子或 Kaon 对(kaons),这些粒子也含有奇夸克。
该团队分析了大量的碰撞数据,检查了数百万个事件以寻找这些特定的双重产生特征。他们仔细重建了碰撞产生的粒子的路径,通过其衰变为两个带电粒子的过程来识别 ϕ 介子,并在剩余的碎片中寻找伴随出现的奇粒子。在过滤掉背景噪声并考虑已知物理过程后,他们发现有明确证据表明这种双重产生事件频繁发生。他们测量到,当 ϕ 介子产生时,有 40.4% 的概率伴随着另一组包含第二对奇夸克的粒子。这一结果不是理论推测或计算机模拟;它是从真实的实验数据中直接得出的测量值。
这一发现具有重要意义,因为它反映了在比奇夸克重得多的粲夸克(charm quarks)身上观察到的类似长期谜团。之前的粲夸克实验显示,它们产生双对的情况也远高于标准理论的预测。关于奇夸克的新测量表明,这种“过剩”产生并非重质量粒子的特有现象,而是夸克在强子化过程中行为的一个普遍特征。观测到的速率如此之高,表明我们目前的强相互作用数学模型缺失了关键的一块拼图。数据表明,当夸克成对产生时,它们并不仅仅是随机散射并形成粒子;相反,似乎存在一种隐藏的相关性或动态机制,鼓励它们共同产生额外的对。
研究人员并没有发现单一的新粒子或一种新的自然力。相反,他们提供了一个挑战现有理论的精确数值。通过确认双重奇夸克产生率约为 40%,他们为任何未来的强相互作用理论提供了一个关键的数据点。这项工作并未解决强子化的谜团,但它有力地证明了这一现象是真实且实质性的。它迫使物理学家重新审视在非微扰区(non-perturbative regime)中夸克是如何相互作用的,在那个区域,由于力量过于强大,简单的计算会失效。这一结果为理论家提供了一个清晰的指路明灯,表明管理物质如何从能量中形成的规则比此前认为的更加复杂且相互关联。
技术摘要:在 s=3.08 GeV 的 e+e− 碰撞中观察到的双 ssˉ 产生过程
问题与动机
从夸克和胶子向色中性强子(强子化)的转变仍然是量子色动力学(QCD)中的一个基本挑战,尤其是在非微扰机制领域。此前,Belle 和 BABAR 合作组对 e+e− 湮灭中双粲(ccˉ)产生的实验研究表明,在比值 Rccˉ=σ(e+e−→J/ψccˉ+anything)/σ(e+e−→J/ψ+anything) 方面与理论预测存在显著偏差。尽管理论上的改进已部分解决了这一差异,但截面测量中仍存在张力,这表明强子化过程中存在未知的动力学机制。
为了进一步探测这些机制,本研究调查了类似的双奇(double-strange, ssˉ)产生过程,即 e+e−→ssˉssˉ+anything。虽然对于特定通道(如 e+e−→ϕη 或 ϕη′)已存在单独的测量结果,但仍缺乏对总双 ssˉ 产生速率的系统测量。这一空白阻碍了对强子化中味相关性的全面理解,也难以实现奇夸克与粲夸克动力学的对比研究。
方法论
本分析利用了 BESIII 探测器在质心能量 s=3.08 GeV 下收集的 167.06 pb−1 e+e− 碰撞数据。研究重点关注一个 ssˉ 对强子化为 ϕ 介子(通过 K+K− 重构),而第二个 ssˉ 对产生额外奇强子(记作 X(ssˉ))的事件。
分析的具体通道包括:
- ϕη 和 ϕη′
- 奇介子对:K+K−、K+K∗−、K−K∗+、K0Kˉ0 以及 K0Kˉ∗0+c.c.
实验方法包括:
- 事件选择: 要求至少有两个带相反电荷的径迹,并对卡子(kaons)和派子(pions)进行特定的粒子识别(PID)约束,同时对 KS0 候选体进行顶点拟合。
- ϕ 重构: 通过 K+K− 对的不变质量识别 ϕ 候选体,使用与 Crystal Ball 函数卷积的 Breit-Wigner 函数进行谱线拟合,以提取产额。
- 反冲质量分析: 计算相对于 ϕ 候选体(Mrecoil(ϕ))以及相对于诸如 ϕK± 或 ϕKS0 等组合的反冲质量,以分离出 X(ssˉ) 成分。
- 背景减除: 使用 K+K− 质量谱的侧带区域估计非 ϕ 背景,并减去初始态辐射(ISR)贡献,特别是 e+e−→ϕγISR 过程。
- 截面计算: 使用公式 σi=ni/(L×ϵi×B(ϕ→K+K−)) 确定截面 σi,其中 ni 是拟合产额,L 是积分亮度,ϵi 是通过蒙特卡洛模拟得到的选择效率。
主要贡献与结果
本文报告了首次对双 ssˉ 产生比值的系统测量,定义为:
Rssˉ=σ(e+e−→ϕ+anything)∑σ(e+e−→ϕ+X(ssˉ))fssˉ
其中 fssˉ 代表末态 X 中 ssˉ 成分的分数。
- 截面测量: 本研究提供了 e+e−→ϕK+K∗−、ϕK−K∗+、ϕK0Kˉ0 和 ϕK0Kˉ∗0+c.c. 截面的首次测量结果。同时证实了 ϕη、ϕη′ 和 ϕK+K− 的先前结果。
- 总包含截面: 在该能量下首次测量了 e+e−→ϕ+anything 的截面,结果为 506.3±6.9 (stat)±19.7 (syst) pb。
- 双 ssˉ 比值: 测得 Rssˉ 为 (40.4±1.7 (stat)±1.5 (syst))%。
意义与主张
作者指出,观测到的双 ssˉ 产生水平与 Belle 和 BABAR 在更高能量下观察到的双粲产生量级是一致的。论文声称,这一巨大的 Rssˉ 值证实了连续谱中增强的双重重味(double-heavy-flavor)产生现象,这挑战了现有的用于描述 Rccˉ 的理论框架。
具体而言,论文断言:
- 该测量为在 s=3.08 GeV 下研究非微扰 QCD 提供了关键的测试场。
- 结果通过比较奇夸克和粲夸克扇区,为探索强子化中的味相关性提供了直接的实验窗口。
- 在非微扰 QCD 效应的背景下,测得的 Rssˉ 挑战了现有用于描述 Rccˉ 的理论框架,从而推动了对强子化和 QCD 更全面的理论理解。
研究结论认为,BESIII 对 Rssˉ 的测量,连同 Rccˉ,是探测 QCD 潜在底层特征及味依赖强子化机制的独特手段。
您所在领域的论文太多了?
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要,使用您的语言。
每周获取最佳 high-energy experiments 论文。
受到斯坦福、剑桥和法国科学院研究人员的信赖。
请查收邮箱确认订阅。
出了点问题,再试一次?
无垃圾邮件,随时退订。