兰大本科生又发top!竟和《三体》粒子对撞机是一个领域……

2023年3月23日，《物理评论快报》(Physical Review Letters) 正式发表了稀有同位素前沿科学中心、核科学与技术学院李培荣教授联合中国科学院大学粒子物理实验团队在北京谱仪III实验上主导完成的对显粲三体过程𝑒+𝑒− →𝐷∗0𝐷∗−𝜋+ 的产生截面测量工作。在截面线形分布上观测到了三个类粲偶素态，分别位于4.21GeV, 4.47GeV和4.68GeV，且宽度都大于50MeV。 这些类粲偶素态作为奇特强子态的候选者 ，与夸克模型预言的粲偶素有明显的区别。

我校2018级本科生许昭燊同学在李培荣教授的指导下主导完成了此项工作，许昭燊现于中国科学院大学物理科学学院就读研究生。

类粲偶素态的发现有多重要？✦

粒子物理学研究的是物质世界最深层次的物质结构，通过不断重复物质产生的过程，来寻找其演化轨迹。基于宇宙大爆炸模型，科学家建造粒子加速器进行对撞，在小尺度上模拟宇宙大爆炸早期的过程。电视剧《三体》中提到的良湘加速器，其原型就是本课题所依托的北京正负电子对撞机，每一次的粒子对撞后就会发生湮灭产生能量，这些能量在真空中激发出物质粒子，这些粒子再衰变产生次级粒子，这一过程被称为粒子的产生与衰变。成千上万种物理过程按照各自物理的产生和衰变几率在探测器内留下各自的“足迹”，科学家门通过最终的譬如电子、谬子、质子等末态产物来进行各个衰变过程的重建。

北京正负电子对撞机上的北京谱仪探测器

粒子物理学中相对“稀有之物”是学者们研究的重点，奇特强子态就包含其中，“物以稀为贵”很好概括了粒子物理学的研究特点。举个例子，两列火车迎头相撞，车子完全撞不见了，但是产生了大量两只脚的鸡、鸭、鹅等其它事物，如果在众多的两脚动物里发现了四脚怪兽的身影，则无疑是让人兴奋的，奇特强子态就是这样的四脚怪兽。

研究介子和重子以外的奇特强子态是强子物理学中的重要课题。粲偶素是由一对𝑐𝑐̅夸克构成的介子系统，是夸克模型预言且被大量实验证实了的。同时，实验上也观测到了很多与预言不符的𝑐𝑐̅强子态，这些强子态被称为类粲偶素态。世界上不同的对撞实验报道了一系列矢量类粲偶素𝜓态（也被称为Y粒子），诸如𝜓(4230), 𝜓(4360)和𝜓(4660)等。理论上提出了各种模型，包括四夸克态、混杂介子态、强子分子态、强子-粲偶素态、矢量粲偶素态和阈值效应等，然而仍未有一种普适的理论可以完全解释实验上的观测结果。目前除了𝜓(4230)以外，几乎所有的矢量类粲偶素态都是在正负电子湮灭衰变到隐粲过程中发现，因此在实验上通过显粲过程寻找研究粲偶素态对于确定其性质具有重要意义。

北京谱仪III实验上观测到三个类粲偶素态

师与生：顶刊发表背后的故事✦

初相逢

一篇顶刊文章的诞生需要付出巨大努力，这篇文章从酝酿到诞生历时四年，背后的故事也值得我们去挖掘。

李培荣老师和许昭燊同学都是2018年进入兰大，早已立志科研的许昭燊入校不久便加入了李老师的课题组。年轻、充满科研热情和严谨是他对李老师的第一印象。

李培荣老师说：“研究基础科学要学会讲故事，让学生们知道正在做的是件什么事，做这件事情有何意义至关重要。粒子物理的研究是一场对物质起源和演化的探寻之旅，就像是在杂草堆里挑钻石，这个过程是艰难的，但无疑是有意义的。”

第一次见面，李老师向许昭燊简单介绍了粒子物理学和科研日常，大一的许昭燊更多是在自由探索，大二开始正式接手课题，由此开启科研之旅。

科研中的许昭燊

“学生不是螺丝钉”

要考虑学生能干什么事儿，选择适合学生研究的课题，让每个人都能发挥自己的最大能力。对待许昭燊，李老师因材施教并富有耐心，逐句逐段带领许同学读了他人生中面对的第一篇学术论文，耐心地讲解研究细节，这是一个师傅领进门，修行看个人的过程。

许昭燊用“叠加态”这一物理学概念形容和李老师的关系——亦师亦友，科研上是师生，生活中是朋友，这体现了李培荣老师的育人观念：相互成就、教学相长。

李培荣老师在实验现场值班

开完组会后，李老师经常会请学生们吃饭拉近彼此距离；期末考试期间，会停下学生的科研工作，让他们专心备考；积极鼓励学生们参与各种学术交流活动，并报销差旅费；为了学生能够专心科研，李培荣老师每月发给学生足够的助研津贴以保障学生生活；面向部分更愿意从事看得见摸得着的工作的同学，李培荣老师及其团队近期开辟了粒子物理探测器研制这一新的研究方向，尊重学生，给予学生更多选择。正是这样的关怀和鼓励，让学生们在科研路上更能也更愿意坚持下去。

真理越辩越明，坚持才是胜利

许昭燊深知主动才有可能性，积极联系老师和师兄师姐讨论问题、解决问题。每周组会的参与师生来自兰州大学、中山大学、北京大学和中国科学院大学这四所高校，拥有浓厚的交流氛围，在会上，大家各抒己见，积极探讨。令许昭燊印象最深的是2020年的某次持续9小时的线上组会，从早上9点开到了下午6点。

在做学术报告的李培荣老师

在科研过程中并不是一切顺遂。在本课题中，许昭燊需要在86个能量点上联合两种重建方式测量该过程的产生截面，并且经常需要迭代三到四轮来检查某个环节或者某个想法是否能把截面测量的精度提升的好一点，再好一点。

大量内容枯燥的重复性工作也给许昭燊带去了不小的难题。尽管李培荣老师提前给许昭燊做好了工作量巨大的心理建设，真正去做的时候，他还是产生过放弃的念头。“但这个时间是必须花的，并且前期已经投入太多时间精力，坚持就是胜利。”咬咬牙坚持下的许昭燊说。最终，在许昭燊和李培荣老师等团队成员的努力下，他们在显粲过程中观测到了三个类粲偶素态。许昭燊后续会和李老师在其他显粲过程的截面测量工作中继续开展合作研究，并利用分波分析技术来进一步研究类粲偶素ψ态和Zc态之间的关系。

本科生一篇顶刊的背后

离不开朝夕相处 共同成长 亦师亦友的师生关系

立德树人育人才

构建卓越教学文化 深耕一流本科教育

兰州大学教育教学朝着高质量内涵发展方向

不断前行

文章链接：

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.121901