我国科研团队在欧洲核子研究中心主导发现单电荷双粲重子 夯实强相互作用实证基础

问题:长期以来,双粲重子家族一直是检验强相互作用理论的重要对象;夸克模型框架下,含两个粲夸克的重子能更直观地呈现夸克间的束缚机制,也有助于评估不同相互作用在微观尺度上的作用。2017年LHCb实验首次确认双电荷双粲重子后,其同位旋伙伴——单电荷双粲重子是否存在、性质如何、与理论预言是否吻合,成为国际强子物理界持续关注的关键问题之一。 原因:这类粒子的产生概率极低,衰变链条复杂且背景噪声强,实验上需要在海量事例中筛出信号。近年来,LHCb探测器完成升级,触发与径迹重建能力提升,为捕捉稀有衰变打开了新的技术空间。同时,精确的粒子鉴别、系统误差控制与统计判别,对分析方法与算力支撑提出更高要求。据介绍,中国科学院大学物理科学学院教授何吉波带领的研究团队,围绕数据筛选策略、衰变拓扑识别、质量谱拟合与系统检验优化,并在国际合作中承担关键组织与分析任务,推动单电荷双粲重子的信号从“疑似峰”走向“明确证据”。 影响:此次确认的单电荷双粲重子由两个粲夸克和一个下夸克组成,与由两个粲夸克和一个上夸克组成的双电荷双粲重子构成同位旋伙伴。更受关注的是,两者的质量差对强相互作用与电磁效应的竞争关系十分敏感:仅凭“夸克质量更大则粒子更重”的直观判断,难以解释其质量排序,上、下夸克质量差并非唯一决定因素,电磁相互作用与束缚能的综合效应同样关键。有关结果将为量子色动力学(QCD)在强耦合区的计算提供新的参照,也为格点QCD与有效场论模型的检验补充重要数据,同时有助于深化对重夸克体系束缚机制、同位旋分裂规律以及强子谱结构的理解。 对策:业内人士认为,粒子物理的突破往往依赖长期投入与协同合作。一上,应继续深度参与国际大科学计划,探测器研制、数据分析方法、软件框架与统计推断等关键环节形成稳定能力;另一上,需要完善青年人才在真实科研任务中的培养路径。需要指出,此次研究中有多名本科生参与数据处理与分析,反映出高校在基础研究人才培养上的前置布局。面向未来高能物理发展趋势,推进大科学装置与开放共享平台建设,强化计算资源、算法工具与国际协作机制,将有助于提升我国对关键科学问题的持续贡献能力。 前景:随着大型强子对撞机后续运行以及探测器深入升级,更多重强子、奇异强子及可能的新型强子态仍有望被观测到。单电荷双粲重子的确认不仅扩展了强子谱系,也为进一步测量其寿命、衰变分支比及更精细的谱学性质奠定基础。未来若能获得更高统计量并实现多通道交叉验证,将推动理论对强相互作用非微扰区的描述更具可靠性。此外,我国在相关国际合作中从“深度参与”迈向“更强牵引”的趋势更加明显,围绕重大科学问题提出方案、组织协同并产出原创成果的能力,有望在更多前沿方向上接受检验并继续提升。

单电荷双粲重子的发现,是强子物理研究的重要进展,也反映出我国在基础研究与国际合作中的持续积累。从实验数据的反复验证到结果在国际学术舞台上获得确认,这个过程表明,中国科研团队正以扎实的工作参与并推动前沿探索。它也提示我们,只有长期重视基础研究、完善人才培养与科研支持体系,才能在关键科学领域保持持续的创新能力,并为人类对自然规律的认识贡献更多成果。