正負電子對撞機在粒子物理發展中發揮了重要作用。正負電子通常湮滅產生一個虛光子,根據守恒定律,反應末態為與虛光子具有相同量子數的矢量粒子,如1974年由丁肇中教授和Burton Richter教授發現的J/ψ粒子(1976年諾貝爾獎)。
χc1(1P)粒子與J/ψ粒子屬于同一個家族,都是由一對正反粲夸克組成的介子,但是量子數與J/ψ粒子不同,是軸矢量粒子。軸矢量粒子不能通過單光子產生,但可以通過交換兩個虛光子發生。由于雙光子交換過程比單光子交換過程發生的幾率要低幾萬倍,盡管早在40年前這種產生過程就被理論家們提出,實驗上一直沒有被觀測到。
BESIII實驗在χc1(1P)質量附近的4個能量點采集了掃描數據,巧妙地利用了信號過程和本底過程之間的干涉效應,發現了信號過程,統計檢驗表明信號過程由本底過程造成的可能性小于千萬分之三。此外,BESIII實驗首次測量了χc1(1P)粒子的電子寬度。
中科院院士、理論物理研究所研究員鄒冰松表示:“粒子輕子寬度的測量對甄別其內部結構屬性非常重要,此項發現通過觀測軸矢量粒子χc1在正負電子對撞實驗上的直接產生,提供了測量非矢量粒子輕子寬度的新方法,應當推廣并系統地對其它非矢量粒子進行測量。”
“考慮干涉效應并對本底過程進行高精度測量是非矢量粒子直接產生過程得以發現的關鍵。”BESIII合作組成員、復旦大學青年研究員郭玉萍表示,“北京譜儀III高精度的實驗數據得益于探測器的優良設計和離線軟件科研人員的大量精細刻度工作,同時也感謝中科院高能物理研究所探測器和加速器團隊在疫情期間的維護和運行。”