近日，兰州大学物理科学与技术学院王雄飞教授联合中科院高能所和北京大学等单位合作人员，以BESIII合作组的名义，首次利用3.80到4.95GeV质心能区采集的150个能量点、总积分亮度为20/fb的数据样本，主导完成了最精确的正负电子湮灭到粲介子对DDbar玻恩截面的测量工作。相关成果于2024年8月21日在物理学国际顶级期刊《Physical Review Letters》杂志在线发表。王雄飞教授为文章通讯作者。
强子结构的研究一直是粒子物理领域前沿和热门领域。寻找新的、潜在的强子结构对于验证量子色动力学理论正确性以及和推动对强相互作用的理论研究具有重要科学意义。粲夸克偶素处于量子色动力学的非微扰与微扰过渡区域，研究（类）粲偶素的衰变以及寻找新的可能(类)粲偶素态，是深入理解量子色动力学的重要途径。近些年来，随着实验研究能力的提升，在正负电子对湮灭到隐粲强子末态的实验研究中发现了如Y(4230)、Y(4360)、Y(4660)等奇特矢量类粲偶素态。尽管理论上对这些新强子态的性质提出了不同的解释，如强子分子态、混杂介子态、紧致四夸克态等，然而学界尚没有统一的定论。理论研究表明，正负电子湮灭到显含粲强子末态是研究此类新强子态的重要过程，其对于区分不同的理论解释至关重要。然而，目前为止对此类新强子态衰变到显含粲强子末态的实验测量仍然比较匮乏。
图为不同国际实验组对正负电子湮灭到粲介子对截面测量结果对比
BESIII实验是目前世界上运行于陶-粲能区亮度最高的大型通用谱仪，且在该能区积累了世界上最大积分亮度的数据样本。本项工作利用BESIII探测器在3.80到4.95GeV质心能区采集的总积分亮度为20/fb的扫描数据样本，对正负电子对湮灭到粲介子对D0D0bar和D+D-的150个能量点的产生玻恩截面给出目前为止最高精度的测量。同时，通过观察玻恩截面的线性形状，在G(3900)、y(4040)、y(4160)、y(4230)、y(4415)等共振态质量附近，可以看到相对应的明显峰状结构。这些结果为揭示显粲能区以上矢量（类）粲偶素态的性质提供了关键的实验信息，并对未来的研究有重大影响。
该工作得到了国家自然科学基金委面上项目、科技部国家重点研发计划-大科学装置前沿研究项目和兰州理论物理中心经费的支持。
PRL论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.081901
arXiv链接：https://arxiv.org/abs/2402.03829
新闻背景：
BESIII合作组利用北京正负电子对撞机（BEPCII）上的BESIII探测器进行tau-粲能区的高能粒子物理实验研究，已经取得了一批在国际上有重要影响的研究成果，使得我国在高能物理前沿占有了一席之地。2009年兰州大学在刘翔教授的带领下正式加入BESIII国际合作组成为正式成员，后面随着更多从事高能物理实验的研究人员的加入，兰州大学粒子物理团队逐渐形成了一支实验与理论相结合、积极活跃在高能物理前沿研究的充满活力的队伍。BESIII国际合作组的规定，合作组论文由全体成员署名，按作者姓氏的英文字母顺序排序，次序不表明贡献大小。
