ATLAS探测器观察到$ B_c^{*+}$ 介子

首次观察到一种新型介子态并衰变为$B_c^+$ 和光子，基于ATLAS探测器在大型强子对撞机（LHC）中采集的$pp$碰撞数据呈现，中心-of-mass能量为$\sqrt{s} = 13$ TeV，集中于140 fb$^{-1}$的有效积分辐射。$B_c^+$ 介子通过$B_c^+\to J/\psi(\mu^+\mu^-)\mu^+\nu_\mu X$ 衰变的三μ子最终态重构，同时通过光子在探测器材料中转换为电子-正电子对来重建。该新状态的显著性超过8个标准差。测量该新介子态与基态$B_c^+$ 介子之间的质量差为$64.5 \pm 1.4\text{(stat.)}^{+1.0}_{-1.4}\text{(syst.)}$ MeV。这对应于所观察状态的质量为$6339.0 \pm 1.4\text{(stat.)}^{+1.0}_{-1.4}\text{(syst.)}\pm 0.3(m_{B_c^+})$ MeV，其中最后一个不确定性源于对$B_c^+$ 介子质量的最佳认识精度。该较低的质量差值符合理论期望，即$\bar{b}c$ 夸克抗基质系统中最低矢量态$B_c^{*+}$ 介子。