兰州大学稀有同位素前沿科学中心青年研究员在奇特强子态理论研究领域取得重要突破

近日，稀有同位素前沿科学中心刘明珠青年研究员及其合作者成功预测了一种全新的奇特强子态——三体强子分子态。这一理论发现为深入探索非微扰量子色动力学（QCD） 的本质以及强子的内部结构提供了崭新视角。相关成果以《Implication of the Existence of J^PC =0^--  _s DK Bound State on the Nature of D_s0*(2317), and a New Configuration of Exotic State》为题发表于物理学期刊《Physical Review Letters》上。刘明珠为论文通讯作者，中山大学吴天伟助理教授为第一作者，北航耿立升教授为论文共同通讯作者。

1964年，盖尔曼和茨威格独立提出了夸克模型，成功解释了当时已知的所有强子。根据夸克模型，强子可以分为由正反夸克组成的介子或由三个夸克组成的重子。该理论取得了巨大的成功，盖尔曼因此获得了1969年的诺贝尔物理学奖。过去二十年间，全球多个大型科学实验装置陆续观测到一系列难以用传统夸克模型解释的奇特强子态，为研究强相互作用机制和探索新型强子结构开辟了新方向。现有研究表明，强子-强子相互作用在奇特强子态的形成过程中扮演着关键角色，许多此类态的内部结构可能包含显著的强子分子态成分。这自然引出一个核心科学问题：自然界中是否存在由三个强子结合形成的分子态结构？

图1 J^PC =0^-- _s DK 三体分子态组成的示意图

近期，刘明珠及其合作者在理论研究上取得关键性突破。他们聚焦于具有特殊量子数J^PC =0^--（表示该粒子自旋J=0、宇称P=-1、电荷共轭宇称C=-1）的_sDK系统，首次理论预言了一个理想的三体分子态候选者，如图1所示。该态拥有独特的性质：不仅有效规避了与两体分子态的混合，也显著减弱了与QCD裸态的耦合，从而大幅提升了其在实验上被探测到的可能性。该工作采用了模型无关的DK相互作用势，结合有效场论框架与高斯展开方法，完成了这一理论计算，该新粒子态被命名为 X(4310)，其理论结合能约为数十MeV（兆电子伏特）。此项研究具有双重重要意义：一方面丰富了强子谱系，另一方面为理解强子间复杂的多体相互作用机制提供了关键理论依据。理论预测表明，X(4310) 粒子有望在欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的 LHCb 实验的 Run 3 和 Run 4 运行期间收集的数据中被观测到，可能的发现途径是 B 介子的衰变过程。若该预言获得实验证实，将是三体强子分子态存在的首个确凿证据，并有望为解决 D_s0*(2317)粒子分子态组分的长期争议提供决定性支持。

原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/3gbb-ms8c