五夸克態(tài)發(fā)現(xiàn)入選2015年國際物理學(xué)十大突破 清華團(tuán)隊(duì)做出重要貢獻(xiàn)
清華新聞網(wǎng)12月13日電（記者 劉蔚如）12月11日，英國物理學(xué)會(huì)（Institute of Physics）旗下期刊《物理世界》（Physics World）公布了2015年度國際物理學(xué)領(lǐng)域的十項(xiàng)重大突破（Breakthrough of the Year），其中包括了LHCb團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)五夸克態(tài)的研究成果。清華大學(xué)工程物理系教授高原寧、副教授張黎明和楊振偉等組成的研究團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)中有突出貢獻(xiàn)。
早在“夸克模型”理論創(chuàng)建的初期，包括諾貝爾獎(jiǎng)獲得者蓋爾曼（Murray Gell-Mann）等科學(xué)家就預(yù)言可能存在五夸克態(tài)。在過去的50年里，尋找五夸克態(tài)的實(shí)驗(yàn)有很多，但最終都沒能得出確切結(jié)論。2015年7月14日，歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的LHCb實(shí)驗(yàn)宣布發(fā)現(xiàn)五夸克態(tài)，當(dāng)天全球就有超過兩2000家媒體報(bào)道了這項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，高能物理學(xué)界對(duì)此更是備加關(guān)注。量子色動(dòng)力學(xué)的奠基人之一、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者弗蘭克·威爾切克（Frank Wilczek）教授評(píng)論道：“這是我能想象的量子色動(dòng)力學(xué)中最令人興奮的發(fā)現(xiàn)。”
“過去幾年中，五夸克態(tài)的效應(yīng)不止一次在LHCb實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析中顯現(xiàn)過，但都沒有引起合作組成員、包括一些很有經(jīng)驗(yàn)專家的重視。” LHCb中國組負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)工程物理系高原寧教授饒有興致地回顧了發(fā)現(xiàn)的過程，“五夸克態(tài)是在底重子到粲夸克偶素、質(zhì)子和K介子的衰變過程中被發(fā)現(xiàn)的，這個(gè)衰變過程包含很多中間共振態(tài)的貢獻(xiàn)，大家開始誤以為五夸克態(tài)的效應(yīng)是由這些共振態(tài)的復(fù)雜作用造成的。當(dāng)清華大學(xué)組的成員進(jìn)行測量底重子截面的分析時(shí)，五夸克態(tài)又一次進(jìn)入了視野，很幸運(yùn)我們沒有錯(cuò)過這一重要發(fā)現(xiàn)。”當(dāng)時(shí)，與以往的研究不同，清華組成員采用了“Dalitz圖”分析，結(jié)果五夸克態(tài)的信號(hào)非常清晰地顯現(xiàn)了出來，這給剛剛過完圣誕節(jié)假期的同事們一個(gè)大大的驚喜。
雖然五夸克態(tài)的發(fā)現(xiàn)已成定局，LHCb國際合作組還是決定對(duì)結(jié)果進(jìn)行“全譜分析”，盡可能地揭示五夸克態(tài)的性質(zhì)。清華團(tuán)隊(duì)選擇與美國雪城大學(xué)合作，各自獨(dú)立撰寫分析程序，相互檢驗(yàn)以確保得到正確的分析結(jié)果。兩個(gè)學(xué)校的LHCb團(tuán)隊(duì)開始了長達(dá)半年之久的緊張?zhí)剿鳌８咴瓕幗淌谡f：“分析的過程非常復(fù)雜，但結(jié)果令人興奮。正是全譜分析揭示出需要兩個(gè)五夸克態(tài)才能很好地描述實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的效應(yīng)，我們把它們分別命名為Pc(4450)和Pc(4380)。”工物系副教授張黎明是這個(gè)分析的主力，期間克服了很多具有挑戰(zhàn)性的困難，最后終于圓滿完成了各項(xiàng)分析工作。
五夸克態(tài)的發(fā)現(xiàn)打開了一扇大門。“目前理論上對(duì)五夸克態(tài)的形成機(jī)制尚很不清楚，通過對(duì)五夸克態(tài)的系統(tǒng)研究，有可能使我們對(duì)強(qiáng)相互作用的理解提高一個(gè)層次。這需要實(shí)驗(yàn)和理論的共同努力。LHCb探測器對(duì)于研究五夸克態(tài)有獨(dú)特的優(yōu)勢，我們正在組織研究人員對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行更深入的研究，同時(shí)探索是否還存在更多的五夸克態(tài)。” 高原寧說。工物系副教授楊振偉是LHCb實(shí)驗(yàn)“底強(qiáng)子與夸克偶素”物理工作組的召集人，五夸克態(tài)的研究目前是該物理工作組的主要任務(wù)之一。
五夸克態(tài)可能的兩種結(jié)構(gòu)。
今年中國物理學(xué)家的表現(xiàn)搶眼，有三項(xiàng)成果入選國際物理學(xué)領(lǐng)域的十項(xiàng)重大突破。“五夸克態(tài)的發(fā)現(xiàn)則首先歸功于LHCb國際合作組，這是高能物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)決定的。”高原寧教授說。
LHCb實(shí)驗(yàn)有8個(gè)物理工作組，中國組的年輕人擔(dān)任了兩個(gè)主要工作組的負(fù)責(zé)人。高原寧對(duì)團(tuán)隊(duì)的工作及年輕人在國際合作中的不斷成長非常欣喜。“高能物理的國際合作提供開放的平臺(tái)，我們可以在世界最高水平的科學(xué)裝置上從事前沿研究。國際上最高水平的專家和學(xué)生一起工作，共同探索物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和相互作用，不斷促進(jìn)人類對(duì)自然界本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。” 高原寧教授說，他希望更多的人關(guān)心和支持我國高能物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科的發(fā)展。
編輯 淑霞
