近日，北京谱仪III(BESIII)实验在D_S⁺介子衰变过程中，首次在K_S⁰K和K_S⁰K_S⁰质量谱上观测到了新粒子粒子a₀(1817)，其质量为1.817 GeV/c²，实验显著性大于10倍标准偏差，该发现引发了科学界对其内部结构的讨论和研究。该研究结果发表在《物理评论快报》杂志上[Phys. Rev. Lett. 129, 182001 (2022) ]和《物理评论D》[Phys. Rev. D 105, L051103 (2022)]杂志上。

根据分子态模型和同位旋理论， KK介子对有两个同位旋本征态，同位旋等于1的a₀态和同位旋等于0 的f₀ 态。如果f₀和a₀粒子在衰变为K⁺K^-介子对时，二者为相加干涉，那么它们在衰变成K^0`K⁰介子对时，即为相消干涉，反之亦然。因此，我们提出利用此干涉现象寻找可能的a₀态粒子。

图一. D_S⁺衰变至K_S⁰K_S⁰π⁺过程的K_S⁰K_S⁰不变质量分布图。

图二. D_S⁺衰变至K_S⁰K⁺π⁰的K_S⁰K⁺不变质量分布图。

基于质心能量为4.178 - 4.226 GeV的正负电子对撞实验数据，BESIII合作组在D_S⁺→K_S⁰K_S⁰π⁺衰变过程的K_S⁰K_S⁰质量谱高端发现阈值增强现象(见图一)；而在BESIII先前发表的D_S⁺→K⁺K^-π⁺的K⁺K^-质量谱高端并没有出现类似的增强现象，从而确认了新中性a₀粒子的踪迹。随后，在D_S⁺→K_S⁰K⁺π⁰的K_S⁰K⁺质量谱上也出现了同样的增强现象(见图二)，确定了新a₀（称为a₀(1817)）粒子的存在。由于没有f₀粒子的干扰，D_S⁺→K_S⁰K⁺π⁰的振幅分析可以直接用于研究a₀⁺→K_S⁰K⁺的衰变过程，进一步确定了衰变过程D_S⁺ → a₀(1817)⁺π⁰的分支比为(3.44 ± 0.52 ± 0.32)%，a₀(1817)⁺的质量为 (1.817±0.008±0.020) GeV/c²，宽度为 (0.097±0.022±0.015) GeV/c²。

   此a0粒子的发现引发了一系列的思考。例如，新发现的带电类a₀态和中性类a₀态是否属于同一组同位旋三重态？还是两个不相关的共振态？若假设此类a₀态粒子为f₀(1710)的同位旋三重态，则將支持f₀(1710) 为KK分子态的理论推測，但D_S⁺衰变到K_S⁰K⁺π⁰中测量得到的a₀质量分布在1.817GeV/c²附近，这可能意味着此类a₀态粒子是X(1812)粒子所对应的三重态。特别需要指出的是，我院李德民教授、王恩副教授与中国科学院近代物理研究所谢聚军研究员、北京航空航天大学耿立升教授也围绕BESIII的实验结果开展了详细的理论分析，讨论了新粒子作为K*K*分子态的可能性（Phys.Rev.D 105 (2022) 116010和arXiv:2210.12992 [hep-ph]）。未来，BESIII将在D_S⁺衰变到K_S⁰K⁺π⁰、K_S⁰K_S⁰π⁺和K⁺K^-π⁺的联合振幅分析中，对类a₀态粒子的性质进行更进一步的研究。这一成果主要由我院柯百谦教授与中国科学院高能物理研究所董燎原研究员和李海波研究员合作完成。该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.182001

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.105.L051103

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.105.116010