近日，北京谱仪III（BESIII）实验在正负电子对撞质心系能量4.6 GeV以上对正反带电K介子和J/ψ联合产生过程进行了研究，以超过5倍标准偏差显著性观测到一个新矢量类粲偶素粒子并命名为Y(4710)。该粒子质量大约5倍质子重，结构尚不确定。同时在该过程中对带电类粲偶素粒子Z_cs态进行了寻找。主要研究结果以“在e⁺e⁻→K⁺K⁻J/ψ过程中发现一个4.7  GeV/c²的矢量类粲偶素态和寻找带电奇特强子态Z_cs”（Observation of a Vector Charmoniumlike State at 4.7  GeV/c²and Search for Zcs in e⁺e⁻→K⁺K⁻J/ψ）为题于2023年11月22日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表 。

自1964年夸克模型提出以来，实验上观测到的强子大致可分为两类：介子（由正反夸克组成）和重子（由三个夸克组成）。然而自2003年以来，在粲偶素能区实验发现性质有别于传统介子和重子的一系列新粒子，被普遍认为是奇特强子态的理想候选者。研究这些新强子的内部结构以及动力学机制对人们认识微观物质形态和研究强相互作用均具有重要的科学意义，是当前粒子物理领域的热门课题之一。

BESIII实验运行在陶-粲能区，在4–4.6 GeV之间采集了世界上最大的正负电子对撞数据样本以研究奇特强子态，并已取得了丰富的成果。尤其是对类粲偶素矢量态粒子（通常在隐粲末态如J/ψ或ψ(2S)中被发现）的研究，BESIII实验具有明显优势并作出了重要贡献。BESIII实验采用高精度单能量大统计量扫描的方式采集正负电子湮灭样本，能够对矢量态Y粒子做更精细的研究。然而，目前4.6 GeV以上的实验数据相对较少，4.7 GeV以上的数据则更加有限。BESIII于2020年开始在4.6 - 4.7 GeV采集了4.5 fb^-1的数据样本，并将扫描能量提升至4.95 GeV，以研究更高质量的奇特强子态。

BESIII实验利用了质心能量为4.61至4.95 GeV且积分亮度为5.85 fb^-1的e⁺e^-湮灭数据，以更高的精度测量了e⁺e^-→K⁺K^-J/ψ的产生截面。为获得纯净的数据样本并保持较高的探测效率，不仅重建末态4条径迹（KKμμ）的信号事例，同时还考虑了末态只包含3条径迹（Kμμ）的信号事例。该研究在K⁺K^-J/ψ截面谱上首次以超过5s的统计显著性观测到一个质量约为4.7 GeV的共振结构（如图1所示），并命名为Y(4710)。精确测量这一新共振态的质量和宽度分别为(4708⁺¹⁷_-15±21) MeV/c²和(126⁺²⁷_-23±30) MeV，其中第一个误差为统计误差，第二个为系统误差。Y(4710)粒子是迄今为止实验上观测到质量最重的类粲偶素之一，这一发现为研究高能区的类粲偶素态提供了新的视野。

图1：BESIII测量的e⁺e^-→K⁺K^-J/ψ产生截面及拟合结果。

此外，最近实验上观测到的带电类粲偶素Z_cs态引起了广泛关注，如BESIII实验在D⁰D^*_s/D^*0D_s末态中发现了Z_cs(3985)，LHCb实验在KJ/ψ末态中观测到Z_cs(4000)和Z_cs(4220)。该研究通过K⁺K^-J/ψ样本在KJ/ψ系统中对Z_cs态进行了寻找，然而并未观测到显著的结构（如图2所示）。因此测量了Z_cs(3985)与隐粲末态（KJ/ψ）和开粲末态（D⁰D^*_s+D^*0D_s）耦合强度之比在90%的置信水平下小于0.03 。相较于Z_c(3900)情况，该比值小了10倍。这一测量结果为理解Z_cs粒子性质提供了重要的实验信息。

图2：BESIII测量的M_max(K^±J/ψ)质量谱。

此项研究工作由北京大学物理学院技术物理系BESIII实验组与中国科学院高能物理研究所、吉林大学、兰州大学、山东大学、中国科学院大学等多家单位合作完成。北京大学物理学院技术物理系冒亚军教授指导的2022届博士毕业生宋昀轩（现为瑞士洛桑联邦理工学院博士后研究员）作为主要分析者与文章撰稿人之一，代表北京谱仪III合作组投稿。

BESIII实验是我国运行于陶-粲能区且对撞亮度最高的大型正负电子对撞机实验，在该能区拥有世界最大亮度的数据样本。BESIII实验合作组由来自17个国家和地区85家研究机构的600余名科研人员组成。北大BESIII组在BESIII设计建造、物理研究中发挥了重要作用，在轻强子谱、奇特强子态、粲物理和新物理寻找等研究方向方面发表了多项重要成果，并担任了BESIII合作组多个重要管理职位，如冒亚军曾担任合作组共同发言人，北京大学物理学院技术物理系王大勇长聘副教授曾担任合作组物理分析协调人等。BESIII实验还将继续运行5~10年，物理研究将继续保持15年以上，可以期待有更多新的发现和成果。

BESIII合作组亮点工作报道：http://bes3.ihep.ac.cn/hi/202311/t20231128_652377.html

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.211902