??從清華大學(xué)獲悉，近日在意大利舉行的第41屆國(guó)際高能物理大會(huì)上，歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的緊湊型
繆子螺線管探測(cè)器（CMS）合作組報(bào)告，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可能由四個(gè)粲夸克組成的奇特粒子家族。中國(guó)CMS組的易凱教授代表
CMS合作組報(bào)告了這一結(jié)果，清華大學(xué)和南京師范大學(xué)的研究人員聯(lián)合組成的“清華-南師”CMS組在這項(xiàng)研究中發(fā)揮了原創(chuàng)
和主導(dǎo)作用。
??“由于這些粒子內(nèi)部由同一重味夸克組成，物理圖像相對(duì)簡(jiǎn)單而易于理解，為我們研究強(qiáng)相互作用提供了一個(gè)新的窗口。”
易凱介紹，這是中國(guó)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)首次在LHC上觀測(cè)到全粲四夸克粒子，也是中國(guó)首次在CMS實(shí)驗(yàn)上主導(dǎo)新粒子的發(fā)現(xiàn)。
??在粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型框架下，物質(zhì)世界的基本粒子有夸克、輕子等。兩個(gè)夸克或三個(gè)夸克分別組成了傳統(tǒng)的介子和重子，
統(tǒng)稱為“傳統(tǒng)”強(qiáng)子。除此之外的強(qiáng)子，比如由四個(gè)甚至五個(gè)夸克組成的，或者含有膠子成分的，叫作“奇特”強(qiáng)子。
??理論學(xué)家在數(shù)十年前已預(yù)測(cè)到傳統(tǒng)的強(qiáng)子和奇特強(qiáng)子態(tài)的存在，然而直到最近20年，科學(xué)家才在實(shí)驗(yàn)上觀察到較為明確的
四夸克態(tài)或五夸克態(tài)奇特強(qiáng)子。早期發(fā)現(xiàn)的可能的奇特強(qiáng)子僅包括一些較輕的介子，而2003年BELLE合作組發(fā)現(xiàn)的可能奇特介
子X(3872)掀起了近20年世界上對(duì)“重味”奇特強(qiáng)子研究的熱潮，并成為高能物理的長(zhǎng)期熱點(diǎn)之一。之后中國(guó)BESIII合作組發(fā)
現(xiàn)的帶電奇特強(qiáng)子Zc(3900)+等則確認(rèn)了該類奇特強(qiáng)子不同于傳統(tǒng)粲偶素的奇特性——帶電性，并把重味奇特強(qiáng)子的研究進(jìn)一
步推向了高潮。
??但奇特強(qiáng)子的實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)常充滿曲折。如X(4140)粒子，2009年CDF實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)之后，又被其他實(shí)驗(yàn)否定，直至2017年LHC
b以更大的統(tǒng)計(jì)量重新確認(rèn)其存在，歷時(shí)8年才最終得到大家認(rèn)可。再如五夸克態(tài)，盡管本世紀(jì)初就在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中初見端倪（后
經(jīng)驗(yàn)證均為統(tǒng)計(jì)波動(dòng)），僅有2015年LHCb發(fā)現(xiàn)的五夸克態(tài)最先得到廣泛認(rèn)可，并入選當(dāng)年世界物理十大突破。
??“此前還沒有發(fā)現(xiàn)過全部可能由純重味夸克組成的奇特強(qiáng)子家族，即粲夸克或底夸克組成的奇特粒子。”易凱說。
??2013年，易凱在愛荷華大學(xué)CMS組根據(jù)CMS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量大、繆子覆蓋率寬和質(zhì)量分辨率好的特點(diǎn)，利用2011年至2012
年收集的對(duì)撞數(shù)據(jù)對(duì)J/ψJ/ψ質(zhì)量譜進(jìn)行了初步研究。2019年，南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授、清華大學(xué)訪問教授易
凱和清華大學(xué)物理系副教授胡震在清華大學(xué)和南京師范大學(xué)組建了研究團(tuán)隊(duì)，兩校研究人員依托清華大學(xué)加入了CMS實(shí)驗(yàn)，
聯(lián)合組成“清華-南師”CMS組，并由易凱擔(dān)任負(fù)責(zé)人，胡震擔(dān)任副負(fù)責(zé)人。“清華-南師”CMS組對(duì)2016年至2018年收集的
數(shù)據(jù)在低質(zhì)量多輕子末態(tài)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。
??基于2016年至2018年采集的所有“質(zhì)子-質(zhì)子”對(duì)撞數(shù)據(jù)，CMS合作組觀測(cè)到了全粲四夸克粒子家族（一組由同味重夸
克組成的奇特強(qiáng)子），“清華-南師”CMS組在這一發(fā)現(xiàn)中起到了主導(dǎo)作用。該家族中的三個(gè)共振峰依據(jù)質(zhì)量被命名為X(660
0)、X(6900)和X(7300)，其中X(6600)和X(7300)粒子均是世界上首次被觀測(cè)到；X(6900)粒子存在的證據(jù)已在兩年前被LHCb
實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到，CMS的結(jié)果確認(rèn)了X(6900)的存在。易凱表示，該發(fā)現(xiàn)是奇特強(qiáng)子研究領(lǐng)域的重要突破：“這個(gè)獨(dú)特、容易理解
的系統(tǒng)，可以幫助理論家為近20年發(fā)現(xiàn)的幾十個(gè)奇特強(qiáng)子建立最終模型。”
??對(duì)于CMS實(shí)驗(yàn)的本次研究成果，中科院院士、北京大學(xué)理論粒子物理學(xué)家趙光達(dá)評(píng)論：“全粲四夸克態(tài)家族的發(fā)現(xiàn)對(duì)我
們理解強(qiáng)相互作用有著十分重要的意義。在這個(gè)系統(tǒng)中，由于沒有輕夸克組分，不太會(huì)形成‘常見’的通過交換輕介子而形成
的分子態(tài)結(jié)構(gòu)，從而給我們提供一個(gè)更為簡(jiǎn)單、易于理解的物理圖像。我十分高興中國(guó)的實(shí)驗(yàn)粒子物理學(xué)家們?cè)谶@項(xiàng)發(fā)現(xiàn)中起
到了主導(dǎo)作用，希望在以后的工作中再接再厲。”
??美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室副所長(zhǎng)、D0實(shí)驗(yàn)前發(fā)言人德米特里·杰尼索夫在會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)參加了該結(jié)果的報(bào)告和討論，他認(rèn)為
：“理解強(qiáng)相互作用是粒子物理研究中最重要的問題之一，LHC上的CMS合作組發(fā)現(xiàn)的這些新共振態(tài)為更深入地理解基本粒
子間的相互作用鋪平了道路，期待未來有更多這樣令人興奮的發(fā)現(xiàn)！”
??CMS合作組由50多個(gè)國(guó)家、約240個(gè)單位的4000多名成員組成。其中，中國(guó)組成員來自中科院高能所、北京大學(xué)、中國(guó)
科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、中山大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京師范大學(xué)等多個(gè)單位。近年來，中國(guó)CMS
組在希格斯粒子性質(zhì)測(cè)量和多玻色子研究等方面成績(jī)突出，本次全粲四夸克態(tài)家族的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提升了中國(guó)組在國(guó)際合作中
的地位。
