推荐2016年国家自然科学奖公示资料.PDF

推荐 2016 年国家自然科学奖公示 项目名称：Bc 介子物理 （理论） 推荐单位：中国科学院理论物理研究所 主要完成人：张肇西（中国科学院理论物理研究所）、陈裕启（中国科学院理论 物理研究所）、吴兴刚（重庆大学）、王国利（哈尔滨工业大学）、王建雄（中国 科学院高能物理研究所） 单位推荐意见： 该项目系统研究了粒子物理标准模型中非常重要的 Bc 介子，解决了 Bc 介子 的产生问题，指出了‘单举产生Bc 介子’是产生 Bc 介子的最有利方式和其中的 非微扰效应可‘因子化’到 Bc 介子波函数的原点値，从而利用量子色动力学理 论可信地计算出这一产生方式的截面。理论上正确地计算出了具有普适性的从重 夸克到双重味介子的‘碎裂函数’，展示了这类‘碎裂函数’的可计算性和正确 计算方法。该项目系统计算了 Bc 介子主要衰变道的分支比，总结出 Bc 介子寿命 相对长和难产生等特点，提出了着重在高能强子对撞机中，通过观测末态含 J/Psi 介子衰变道和利用顶点探测器发现 Bc 介子的建议。1998 年国际上的 CDF 组正是通过测量 Bc 介子衰变到 J/Psi 介子过程首次观测到 Bc 介子，并被后来国 际上的 LHCb 和 CMS 等实验组所证实。迄今各实验组已积累许多 Bc 介子数据，但 数据都与该项目预言在误差范围内一致。该项目还完成了高效、实用的蒙特卡洛 程序（BCVEGPY）撰写，已广为国际上的实验组采用。该项目已把相关经验推广 到双重味重子的研究。 总之，该项目的突破和创新，推动了理论的发展外，并对实验发现和观测 Bc 介子上起了重要作用，是取得了具有重要科学价值的基础研究成果。我们推荐该 项目为国家自然科学奖二等奖。 项目简介： Bc 介子是粒子物理标准模型中唯一可能的由两种不同‘重味道’夸克生成的 双重味介子。它可用来同时研究两种重味道，其组分之间主要是交换胶子，而不 能湮灭到胶子、光子。它在标准模型中占据独特地位。在本项目之前，它一直没 有被实验发现。为此，本项目做出多项理论创新和突破，推动了相关理论研究， 并对实验发现和观测 Bc 介子做出了明确的预言，在 Bc 介子的发现和后续实验研 究中起到了重要作用。20 篇主要论文的 SCI 总引用数 939 次，他引用数 595 次； 8 篇代表性论文他引用 354 次。早期成果曾由张肇西等代表项目获得了 1996 年 中国科学院自然科学一等奖和 1999 年中国物理学会吴有训物理奖等。 本项目率先解决了 Bc 介子产生问题。指出了‘单举产生Bc 介子’是产生这 一介子的最有利机制，并将其中的非微扰效应‘因子化’为介子波函数原点值， 从而应用量子色动力学的微扰论可信地计算出了这一方式产生 Bc 介子（包括其 激发态和反粒子）的截面；同时，理论上正确地计算出了极其重要的从重夸克到 双重味介子的‘碎裂函数’，完成了双重味介子‘碎裂函数’可计算性的证明。 这一突破在国际上一时兴起了计算各种双重味强子碎裂函数的热潮。本项目还总 结出了‘在大型正负电子对撞机（LEP）上只有在Z-玻色子共振峰处“还有些机 会观测到 Bc 介子”；要能产生足够多供实验观测的Bc 介子，只能在世界上的 TEVATRON 和 LHC 高能强子对撞机处’的明确结论；为实验分析数据的需要和实 验与理论的定量比较，对产生 Bc 介子的理论计算的不确定性进行了定量研究； 撰写的理论强产生 Bc 介子的蒙特卡洛计算机程序（BCVEGPY 及升级版），有创新， 模拟效率高、实用，已被在 TEVATRON 和 LHC 上研究 Bc 介子的实验组广为采用。 本项目利用在 Bc 介子研究中取得的经验，已推广到有关联，实验尚未发现的双 重味重子 Ξcc, Ξbc和 Ξbb的研究上等。 本项目正确估算了 Bc 介子的寿命，系统地计算了其主要衰变道的分支比，总 结出 Bc 介子寿命相对长，其中末态含 J/ψ介子等的衰变道的分支比大等，建议 实验通过观测末态含 J/ψ介子等的衰变道，利用顶点探测器发现 Bc 介子。对于 产物中含J/ψ介子之类的双重味介子衰变道，Bc 和 J/ψ的内部组分的运动虽是 非相对论性的，而二者的质量差大，衰变产物J/ψ等可获得相对论性大反冲，我 们特意发展了‘洛伦兹协变的瞬时近似’的贝特-萨皮特方程等一套方法，成功 地使所计算的跃迁矩阵元‘固有’地计入了大反冲效应，收到了良好效果。 在包括产生、寿命和衰变的完整预言下，1998 年 CDF 实验组在 TEVATRON 上 首次观测到 Bc 介子，并被 LHC 上的 LHCb、CMS 等