近日，北京大学物理学院技术物理系、核物理与核技术国家重点实验室孟杰教授课题组与日本理化学研究所、京都大学和大阪大学的研究人员合作，通过格点量子色动力学（QCD）提取强子-强子相互作用，从第一性原理出发，证实了LHCb合作组近期发现的首个双粲四夸克态T+cc，并给出其随 π 介子质量的演化行为。
强子是由夸克和胶子组成的色单态粒子（如质子和中子），是构成可见宇宙的基本单元。强子-强子相互作用决定着原子核层次的物质结构及其属性，对于研究奇特强子、原子核以及天体核过程至关重要，是核物理研究的重要前沿。
孟杰教授课题组长期从事原子核理论研究，在原子核结构的相对论理论等方面取得多项重要成果，日本理化学研究所Tetsuo Hatsuda团队在基于格点QCD研究强子-强子相互作用方面有很高的国际声誉。自2018年起，双方团队得到中国科技部与日本理化学研究所的共同资助，致力于从格点QCD出发，探索相对论形式的核子-核子相互作用，进而实现原子核性质的相对论第一性原理描述。
2021年，欧洲核子中心大型强子对撞机上的LHCb合作组发现了首个双粲四夸克态T+cc，引起了广泛关注。为了从第一性原理的QCD出发，对实验进行理论验证，并考察T+cc对 π 介子质量的依赖性，中日研究团队基于接近物理点（mπ=146 MeV）的格点QCD，提取了 D*与 D 介子之间的相互作用，发现该相互作用在长距离处具有双 π 交换主导的特征，且能够产生一个接近阈值的虚态；将 D*-D 之间的相互作用外推到物理点（mπ=135 MeV），上述虚态演化为一个弱束缚态，同时理论给出的 D0D0π+质量谱能够较好地再现LHCb的实验数据。
2023年10月16日，该工作以“Doubly charmed tetraquarkT+ccfrom lattice QCD near physical point”为题发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters)上，并被遴选为“编辑推荐”（Editors’ Suggestion）文章。北京大学物理学院2023届博士毕业生吕岩为论文的第一作者，其他作者包括孟杰教授，日本理化学研究所Takumi Doi 研究员、Tetsuo Hatsuda 教授，京都大学 Sinya Aoki教授，以及大阪大学Yoichi Ikeda教授。
上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及核物理与核技术国家重点实验室等资助。
图1. 双粲四夸克态T+cc示意图
图2. D0D0π+质量谱（红色带和黑色带为理论计算结果，黑色点为LHCb的实验数据）
论文原文链接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.161901
