اضمحلال جسيم واحد كشف عن المكونات الحقيقية للميزونات العددية الخفيفة.
📄 معروضة نسخة «بسيط» — «متقدم» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها.
داخل البروتون والنيوترون حياة تغلي: تتبادل الكواركات الغلوونات، وتنشأ للحظات أزواج من الجسيمات تختفي فورًا. بعضها، وهي ما تُعرف بالميزونات العددية، تعيش فقط 10⁻²³ ثانية — أقل من الوقت الذي يحتاجه الضوء لعبور نواة الذرة. لطالما اختلف العلماء حول طبيعتها: هل هي أزواج كوارك-كوارك مضاد عادية، أم تتراكواركات (أربعة كواركات معًا)، أم حتى "جزيئات" من ميزونين التصقا معًا كقطرات الماء؟
مصادم BESIII في بكين يصدم الإلكترونات مع البوزيترونات وينتج ميزونات Ds — جسيمات تعيش طويلًا بما يكفي لدراسة اضمحلالها بالتفصيل. في التجربة الجديدة، شاهد الفيزيائيون لأول مرة اضمحلال ميزون Ds إلى ثلاثة بيونات وميزون إيتا. بين الحطام، لاحظوا زوجًا من a0(980) و f0(500) — وهما ميزونان عدديان. وتبين أن تكرار هذا الاضمحلال يبلغ حوالي واحد في المئة — أكثر بكثير مما توقعته النماذج البسيطة. الأمر كما لو أنك عند تفكيك لعبة تركيب من أربع قطع، تجد في كل مئة مرة أن قطعتين ملتصقتان بغراء خفي لم تكن تعلم بوجوده.
الاحتمال المُقاس لاضمحلال Ds+ → a0(980)+ f0(500) بلغ (0.98 ± 0.16 ± 0.22)%. وهذا أكبر بعشرات المرات مما تعطيه التقديرات الساذجة إذا اعتبرنا a0 و f0 زوجين بسيطين من الكواركات.
هذا الإنتاج الكبير غير المتوقع لزوج a0(980) و f0(500) يوحي بوجود شيء أكثر تعقيدًا داخل هذه الجسيمات من مجرد كواركين. ربما هي بالفعل أشبه بـ"جزيئات" رخوة من ميزونات أخرى، تتشكل بسهولة في الفضاء الضيق للاضمحلال. البيانات الجديدة تضع قيودًا صارمة على المنظرين: أي نموذج للبنية الداخلية للميزونات العددية يجب أن يعيد إنتاج هذا الرقم.
نفس التجربة سمحت بتحديد أدق لتكرار اضمحلال ميزون Ds مع انبعاث ميزون إيتا. سابقًا، كان جزء من هذه الاضمحلالات يفلت من الكواشف، تاركًا "بقايا مظلمة" بنسبة عدة في المئة. الآن، بعد قياس الاضمحلال إلى π+π0π0η، تقلص هذا الذيل غير المحسوب إلى (0.1 ± 3.1)% — أي عمليًا إلى الصفر. الفيزيائيون الذين يبحثون عن اضمحلالات نادرة لميزون Ds حصلوا على صورة أنظف: تقريبًا جميع مسارات الاضمحلال مع ميزون إيتا أصبحت معروفة الآن.
We report the first observation of the decay $$D_s^+ \to \pi^+\pi^0\pi^0\eta$$ in a data set corresponding to an integrated luminosity of 7.33 fb$$^{-1}$$, collected in $$e^+e^-$$ collisions by the BESIII detector at center-of-mass energies between 4.128 and 4.226 GeV. An unexpectedly large branching fraction $$\mathcal{B}( D_s^+ \to a_0(980)^+ f_0(500), a_0(980)^+ \to \pi^+\eta, f_0(500)\to \pi^0\pi^0) = (0.98 \pm 0.16_{\rm{stat.}} \pm 0.22_{\rm{syst.}})\%$$ is measured with a significance exceeding $$10\sigma$$, offering new constraints on the internal structure of light scalar mesons. The dominant intermediate process is $$D_s^+ \to a_1(1260)^+\eta, a_1(1260)^+\to \rho(770)^+\pi^0$$ with a branching fraction of $$(1.77 \pm 0.21_{\rm stat.} \pm 0.12_{\rm syst.})\%$$. The isospin symmetry has been validated to the decays of $$a_1(1260)^+\to \rho(770)^0\pi^+$$ and $$a_1(1260)^+\to \rho(770)^+\pi^0$$. Moreover, the measured $$\mathcal{B}(D_s^+\to \pi^+\pi^0\pi^0\eta|_{\rm{non}-\eta^\prime})=(2.97 \pm 0.23_{\rm stat.} \pm 0.14_{\rm sys.})$$ reduces the undetected $$D_s^+ \to \eta X$$ decay branching fractions to (0.1 $$\pm$$ 3.1)\%.