欧洲核子研究中心大型强子对撞机底夸克实验（LHCb）北京大学研究团队首次在B^-→D^-D⁰K_S⁰衰变的D⁰K_S⁰末态发现显粲四夸克态T_cs0^*(2870)⁰实验信号，为深入理解奇特强子结构提供了关键实验依据。相关研究以“B^-→D^-D⁰K_S⁰衰变发现显粲四夸克态T_cs0^*(2870)⁰”（Observation of the Open-Charm Tetraquark Candidate in the B^-→D^-D⁰K_S⁰Decay）为题，2025年3月11日在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters），并被选为编辑推荐（Editors’ Suggestion）。

作为描述强相互作用的基本理论，量子色动力学（QCD）在低能区的非微扰特性是当今粒子物理学亟待解决的关键前沿科学问题之一。人们发现，强子（即强相互作用的束缚态，分为介子、重子两类）的内部结构和性质为研究QCD非微扰行为提供了理想的途径。根据盖尔曼（M. Gell-Mann）和茨威格（G. Zweig）提出的夸克模型（盖尔曼因此获得1969年诺贝尔物理学奖），正、反夸克形成常规介子，三个夸克结合成常规重子。与此同时，夸克模型还给出了存在奇特强子（由四个、五个等多夸克组成）的预言。相较于常规强子，奇特强子具有更多重的内部结构形式，能为探索QCD低能非微扰特性提供更丰富的信息。

底夸克探测器（LHCb）专为研究含有底夸克或粲夸克的重味强子而设计，其核心目标是对重味强子性质进行高精度测量，以精确检验粒子物理标准模型，及探索超出标准模型的新物理。凭借卓越的实验能力，LHCb已在重味奇特强子的研究领域取得了一系列突破性进展，自2013年以来，发现了包括由LHCb中国研究团队主导的五夸克态（2015年）和全粲四夸克态（2020年）在内的22个新强子态，逐步拓宽了人类对物质深层次结构的认知。

2020年，LHCb实验在B^-→D^-D⁺K^-衰变的D⁺K^-末态首次发现了两个新强子态T_cs0^*(2870)⁰和T_cs1^*(2900)⁰[Phys. Rev. Lett. 125, 242001]，其自旋分别为0和1，最简夸克组分为一个粲夸克、一个奇异夸克、一个反上夸克和一个反下夸克，因而被称做显粲四夸克态。然而，T_cs0^*(2870)⁰和T_cs1^*(2900)⁰一直未在其他衰变模式中得到证实，并且人们对其结构的理论认识也存在诸多争议。近日，北京大学研究团队首次在B^-→D^-D⁰K_S⁰衰变的D⁰K_S⁰末态确认了T_cs0^*(2870)⁰的存在（显著性为 5.3σ）【见下图】，却没有观测到显著的T_cs1^*(2900)⁰信号。团队进一步从B^-→D^-D⁺K^-和B^-→D^-D⁰K_S⁰两个衰变的对比中，检验出显粲四夸克态衰变的同位旋对称性。结果表明，T_cs0^*(2870)⁰到D⁰K⁰-bar末态与D⁺K^-末态的衰变率之比遵守同位旋对称性，而T_cs1^*(2900)⁰相应的比值可能存在同位旋破坏，由此揭示出显粲四夸克态T_cs^*复杂的性质。该研究为深入理解四夸克态的内部结构提供了新的视角，并为奇特强子态理论研究提供了重要输入。

B^-→D^-D⁰K_S⁰衰变D⁰K_S⁰不变质量谱及拟合结果，其中红色阴影区域为T_cs0^*(2870)⁰信号

北京大学物理学院技术物理系、核物理与核技术全国重点实验室张艳席助理教授和2020级博士研究生周天雯是上述研究的主要完成人。论文署名为LHCb合作组全体成员，依照姓氏英文字母顺序排列。这项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及北京大学建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项的资助支持。

LHCb合作组由来自24个国家和地区的98家研究机构的约1700名科研人员组成。以北京大学等10多所高校和研究机构为核心的LHCb中国研究团队成立于2000年，近年来在电荷共轭-宇称联合变换（CP）对称性破坏机制、强子谱学、重味强子产生机制以及新物理寻找等前沿领域取得了一系列突破性成果。北京大学团队自2018年以来，一直在LHCb合作组中承担物理研究和探测器建设的核心任务。张艳席曾两度担任LHCb实验物理工作组召集人，现任LHCb合作组报告人遴选委员会委员、欧洲核子研究中心大型强子对撞机物理中心（LPCC）味物理工作组联系人。目前，北京大学正在与国内外合作单位共同推进LHCb探测器升级所需新型电磁量能器的核心研发工作，力争在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）LHCb的设计与建造中作出原创性贡献。

论文原文链接:: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.101901