双パイオン系における閾値増強効果を観測(BESIII Experiment Observes Threshold Enhancement Effect in Dipion System)

2026-04-15 中国科学院(CAS)

中国科学院高能物理研究所が主導するBESIII実験により、チャーモニウム崩壊過程で双パイオン質量閾値付近に新たな「共鳴様構造」が初めて観測された。約27億件のψ(3686)事象から抽出した解析で、質量約285.6 MeV/c²、幅約16.3 MeVの鋭いピークが確認された。この幅は既知の共鳴よりも狭く、従来と異なる物理機構の存在を示唆する。理論比較の結果、ψ(3686)をS波とD波の混合状態とし、終状態相互作用(FSI)を導入したモデルが実験結果とよく一致した。したがって、この構造は新粒子ではなく、強い相互作用に起因する量子動力学的効果と考えられる。本成果は、量子色力学の非摂動領域における強相互作用の理解を深める重要な手がかりとなる。

双パイオン系における閾値増強効果を観測(BESIII Experiment Observes Threshold Enhancement Effect in Dipion System)
Schematic diagram of the decay ψ(3686) → π⁺π⁻ J/ψ (Image by IHEP)

<関連情報>

閾値増強の観察π+⁢π− スペクトル⁡ Φ(3686)→π+⁢π−J⁢/Φ 崩壊 Observation of a Threshold Enhancement in the π+⁢π− Spectrum in Φ⁡(3686)→π+⁢π−J⁢/Φ Decays

M. Ablikim, M. N. Achasov,, P. Adlarson, X. C. Ai, R. Aliberti, A. Amoroso, Q. An, Y. Bai, O. Bakina et al. (BESIII Collaboration)
Physical Review Letters  Published: 8 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/5h6z-p6nl

Abstract

Based on the (2712.4±14.4)×106 ⁡(3686) events collected with the BESIII detector, we present a high-precision study of the +⁢− mass spectrum in ⁡(3686) →+⁢−⁢/ decays. A clear resonancelike structure is observed near the +⁢− mass threshold for the first time. A fit with a Breit-Wigner function yields a mass of 285.6±2.5  MeV/2 and a width of 16.3 ±0.9  MeV with a statistical significance exceeding 10⁢. To interpret the data, we incorporate final-state interactions (FSI) within two theoretical frameworks: chiral perturbation theory (ChPT) and QCD multipole expansion (QCDME). ChPT describes the spectrum above 0.3  GeV/2 but fails to reproduce the threshold enhancement. In contrast, the QCDME model—assuming the ⁡(3686) is an admixture of S- and D-wave charmonium—reproduces the data well. The pronounced dip near 0.3  GeV/2 offers new insight into the interplay between chiral dynamics and low-energy QCD.

1701物理及び化学
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