五夸克态发现入选2015年国际物理学十大突破 清华团队做出重要贡献

清华新闻网12月13日电 （记者 刘蔚如 ）12月11日，英国物理学会（Institute of Physics）旗下期刊《物理世界》（Physics World）公布了2015年度国际物理学领域的十项重大突破（Breakthrough of the Year），其中包括了LHCb团队发现两个五夸克态的研究成果。清华大学工程物理系教授高原宁、副教授张黎明和杨振伟等组成的研究团队在这项发现中有突出贡献。

早在“夸克模型”理论创建的初期，包括诺贝尔奖获得者盖尔曼（Murray Gell-Mann）等科学家就预言可能存在五夸克态。在过去的50年里，寻找五夸克态的实验有很多，但最终都没能得出确切结论。2015年7月14日，欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的LHCb实验宣布发现五夸克态，当天全球就有超过两2000家媒体报道了这项重要发现，高能物理学界对此更是倍加关注。量子色动力学的奠基人之一、诺贝尔奖获得者弗兰克·威尔切克（Frank Wilczek）教授评论道：“这是我能想象的量子色动力学中最令人兴奋的发现。”

“过去几年中，五夸克态的效应不止一次在LHCb实验的数据分析中显现过，但都没有引起合作组成员、包括一些很有经验专家的重视。” LHCb中国组负责人、清华大学工程物理系高原宁教授饶有兴致地回顾了发现的过程，“五夸克态是在底重子到粲夸克偶素、质子和K介子的衰变过程中被发现的，这个衰变过程包含很多中间共振态的贡献，大家开始误以为五夸克态的效应是由这些共振态的复杂作用造成的。当清华大学组的成员进行测量底重子截面的分析时，五夸克态又一次进入了视野，很幸运我们没有错过这一重要发现。”与以往的研究不同，清华组成员采用了“Dalitz图”分析，结果五夸克态的信号非常清晰地显现了出来，这给刚刚过完圣诞节假期的同事们一个大大的惊喜。

虽然五夸克态的发现已成定局，LHCb国际合作组还是决定对结果进行“全谱分析”，尽可能地揭示五夸克态的性质。清华团队选择与美国雪城大学合作，各自独立撰写分析程序，相互检验以确保得到正确的分析结果。两个学校的LHCb团队开始了长达半年之久的紧张探索。高原宁教授说：“分析的过程非常复杂，但结果令人兴奋。正是全谱分析揭示出需要两个五夸克态才能很好地描述实验中发现的效应，我们把它们分别命名为Pc(4450)和Pc(4380)。”工物系副教授、“青年千人计划”入选者张黎明是这个分析的主力，期间克服了很多具有挑战性的困难，最后终于圆满完成了各项分析工作。

五夸克态的发现打开了一扇大门。“目前理论上对五夸克态的形成机制尚很不清楚，通过对五夸克态的系统研究，有可能使我们对强相互作用的理解提高一个层次。这需要实验和理论的共同努力。LHCb探测器对于研究五夸克态有独特的优势，我们正在组织研究人员对其性质进行更深入的研究，同时探索是否还存在更多的五夸克态。” 高原宁说。工物系副教授杨振伟是LHCb实验“底强子与夸克偶素”物理工作组的召集人，五夸克态的研究目前是该物理工作组的主要任务之一。

五夸克态可能的两种结构。

今年中国物理学家的表现抢眼，有三项成果入选国际物理学领域的十项重大突破。“五夸克态的发现则首先归功于LHCb国际合作组，这是高能物理实验的特点决定的。”高原宁教授说。

LHCb实验有8个物理工作组，中国组的年轻人担任了两个主要工作组的负责人。高原宁对团队的工作及年轻人在国际合作中的不断成长非常欣喜。“高能物理的国际合作提供开放的平台，我们可以在世界最高水平的科学装置上从事前沿研究。国际上最高水平的专家和学生一起工作，共同探索物质的基本结构和相互作用，不断促进人类对自然界本质的认识。” 高原宁教授说，他希望更多的人关心和支持我国高能物理实验学科的发展。

编辑 淑霞