王貽芳
北京正負電子對撞機(BEPC)及其重大改造工程(BEPCII)運行的質心能量范圍是2-5 GeV,最大亮度為 1×1033 cm-2s-1,是我國唯一的大型高能物理對撞機。BEPCII于2008年開始運行,其正負電子對撞事例由北京譜儀(BESIII)記錄并進行物理研究。BESIII是基于最先進的探測技術設計而成的。2005年,在BESIII實驗工作的物理學家形成了一個大型的國際合作組—BESIII Collaboration,包括來自17個國家80個研究機構的500多名物理學家。
在過去12年中,BESIII在電弱相互作用和強相互作用的多個方面取得了一系列重要成果,在國際知名期刊發表物理論文約400篇,其中最重要的成果包括:
發現“四夸克物質”Zc(3900)、Zc(4020)和Zcs(3985),發現Y(4260)的精細結構以及X(3872)的新產生模式。
精確測量標準模型的參數陶輕子質量以及CKM矩陣元Vcd和Vcs。
利用100億J/ψ事例樣本加深了對膠球、質子-反質子質量閾值附近的共振結構、以及其它輕奇特強子態的理解。
精確測量了低能正負電子湮滅截面和粲介子衰變中的強相差,為其它實驗提供了重要輸入;精確測量了粲介子純輕和半輕衰變率,對格點QCD的計算提供了高靈敏度檢驗。
發現了J/ψ衰變中的超子極化,為尋找超出標準模型CP破壞的來源提供了新的機遇。
測量了核子、∧超子和∧c重子類時電磁形狀因子,從而揭示了重子閾值附近的新奇行為,促進了其他重子閾值附近的深入研究。
本期《國家科學評論》(National Science Review, NSR)“BESIII物理”專題收錄了多篇綜述文章,涵蓋了上述一些最重要的結果和對未來十年研究前景的展望,涉及粲物理、粲偶素和類粲偶素奇特態、輕強子譜、輕介子衰變、重子性質和新物理尋找等。這些成果代表了過去幾十年中對陶粲能區物理理解的進步。專題還包含一篇對Luciano Maiani教授的采訪,他是粲夸克概念的提出者之一,1999至2003年擔任歐洲核子研究中心總干事。
BEPCII最初計劃運行的能量是根據2009年發表的BESIII物理黃皮書確定的。迄今為止,BESIII已收集100億J/ψ事例、30億ψ(2S)事例、3 fb-1 ψ(3770)事例、以及大約25 fb-1能量高于4 GeV的數據。
2020年發表的BESIII物理白皮書提出對BESIII/BEPCII進行升級。升級計劃包括將質心能量從5 GeV增加到5.6 GeV并在高能量下將對撞亮度提高三倍,該計劃最近得到了中國科學院的批準。隨著接下來三年中粲介子數據的積累和2024年升級完成后更多數據的采集,BESIII將可能把粲介子衰變測量精度提高三倍,并且探索4.7-5.6 GeV這個人類幾乎未曾涉足的能區,這可能會為含粲夸克奇特強子態的研究打開一扇新的窗口。
BESIII是世界上首屈一指的陶粲能區實驗,是一個典型的、規模龐大且不斷擴大的國際合作的典范,它為中國物理學家在追尋對大自然基本規律的理解上發揮世界領先作用鋪平了道路。
感謝BESIII合作組、BEPCII和中國科學院高能物理研究所的支撐人員,感謝科技部、國家自然科學基金委員會、中國科學院等國內資助機構,以及國外BESIII合作組的資助機構。