近日，北京谱仪BESIII实验首次以超过5sigma置信度水平观测到X(3872)粒子衰变成omega J/psi过程，并且测量了其相对于pi+pi-J/psi衰变过程的比例。研究结果已经被国际权威期刊美国物理评论快报（Physical Review Letters）正式发表。山东大学前沿交叉科学青岛研究院刘智青教授是该研究论文的通讯作者和合作组主要完成人。
1964年，盖尔曼和茨威格分别提出了粒子物理学著名的夸克模型。夸克模型指出，强子都是由三个夸克构成或者由正反夸克对构成。然而，描述强相互作用的理论——量子色动力学（QCD）可以允许存在超出夸克模型的新强子态（又称奇特强子态），例如多夸克态、夸克胶子混杂态、强子分子态、胶子球等。多年来，实验上寻找超出夸克模型的奇特态强子一直是粒子物理研究领域悬而未决的难题。
2003年，日本高能加速器研究机构KEK的Belle实验在B介子衰变过程中发现了一个新的粒子X(3872)。X(3872)粒子具有一系列和普通强子迥异的性质，被认为是一个很好的奇特态强子候选者。自X(3872)被发现以来，粒子物理学家对其进行了大量的理论和实验研究。早前，日本的Belle实验和美国斯坦福直线加速器中心的BABAR实验分别观察到X(3872)衰变到omega J/psi过程的迹象。
北京谱仪BESIII实验运行在正负电子质心系能量2 – 4.6 GeV之间，在该能量区域采集了目前世界上最大的数据样本。2014年，BESIII实验首次观测到e+e-àgamma X(3872)产生过程，为研究X(3872)粒子提供了一种新的方法和途径——即通过高激发态的（类）粲偶素辐射跃迁产生。本研究采用辐射跃迁产生的方法，首次在实验上确凿地发现了X(3872)àomega J/psi衰变过程，并测量了其相对于pi+pi-J/psi衰变过程（同位旋破坏）的比例约为1.6倍。该测量显示X(3872)粒子在衰变过程中有很大的同位旋破坏效应，为进一步揭示其内部结构和组成提供了重要的实验依据。同时，采用BESIII积累的扫描数据样本，还研究了e+e-àgamma X(3872)过程的产生截面随正负电子质心系能量的依赖。研究显示，在4.2 GeV处可能存在一个共振态结构Y(4200)，与BESIII实验此前在pi+pi-J/psi过程和pi+pi-hc过程观测到的Y(4220)一致。
BESIII实验是世界上目前唯一一台运行在tau-粲能区的正负电子对撞机实验，共有来自14个国家67个成员单位的约500名科学家共同参加。山东大学作为最早加入BESIII实验的成员单位之一，在BESIII的离线软件、物理分析等方面做出了重要的贡献。
图1：BESIII观测到的X(3872)àomega J/psi衰变过程信号。
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.232002
