近日，CMS实验在全粲四夸克态家族自旋宇称的研究方面取得重要进展，清华大学高能物理研究中心CMS（紧凑缪子螺线管）团队做出突出贡献，其中清华大学物理系教授王青和南京师范大学教授、清华大学访问教授易凯共同指导的博士生王晰宁在全粲四夸克态家族自旋宇称的测量中发挥了关键作用。2025年12月3日，相关研究成果以《全粲四夸克自旋与宇称的测定》（Determination of the spin and parity of all-charm tetraquarks）为题，在线发表在《自然》（Nature）杂志上，《自然》官方网站同期进行新闻发布并刊登专题评论文章，CMS合作组也发布了新闻简报（链接见文末）。

图1：奇异强子家族的“光谱山景”。本图将J/ψ J/ψ质量谱形象地勾勒为一座拥有三座主峰的山脉，峰峦之间存在着量子干涉现象，其中每峰对应一种可能的双夸克-反双夸克四夸克态。

欧洲核子研究中心LHC（大型强子对撞机）上的CMS实验2022年报告了三个共振结构：X(6600)、X(6900)和X(7100)，此结果2024年发表在Phys. Rev. Lett. 上（https://www.phys.tsinghua.edu.cn/info/1248/5880.htm），并于2025年在更高统计量的新数据中得到确认（图1）。这三个被解释为由四个粲夸克组成的奇特四夸克态的候选者，它们作为一种潜在的新强子物质形态，引起了学界的广泛关注。此外，CMS发现这三个结构展现出量子干涉的现象，要求它们具有相同的量子特性，这也揭示了这些粒子态很可能来源于同一个四夸克态家族。这个三重态为探索奇特强子的内部结构提供了重要的线索，也为研究强相互作用的理论—量子色动力学提供了一个新的体系。为了理解它们的内部结构，易凯教授组建了分析团队，基于2016至2018年采集的CMS数据，对它们开展了自旋宇称的测量。研究采用了曾用于希格斯玻色子研究的角分析技术，确定它们的宇称和电荷共轭量子数均为正（P = C = +1）。在自旋方面，数据与自旋为2的假设相符（图2），而自旋为0和1的可能性则分别在95%和99%的置信水平下被排除。自旋为2的粒子在自然界中比较罕见，这是在所有显著度超过5倍标准偏差的奇特强子中，首个及首批被测得自旋为2的奇特强子。该测量结果与内部结构为双夸克-反双夸克的模型（即[cc]-[c̄c̄]）一致：两个粲夸克构成的双夸克与其反粒子均处于自旋为1的状态，且自旋方向一致，它们之间的轨道角动量为零。本研究是对它们可能的内部结构的首次探索。

图2：不同JP假设与2++模型进行统计检验的结果。黑色圆点表示观测值，阴影区域则代表各模型的预期范围。数据显示点主要落在蓝色置信带内，表明数据与2++模型一致。

在该课题研究中，王晰宁在易凯的指导下，率先投入对全粲四夸克态家族自旋宇称测量的可行性研究，通过与理论学家讨论合作，耗时半年解决了数据与模拟样本动力学分布不一致的关键问题；并在其后负责分析的核心部分，包括蒙特卡洛样本研究、数据分析与拟合、开展假设检验来测量量子数、系统误差分析、内部文档及文章写作等，在测量过程中克服了拟合中似然函数不连续等多个技术难题，历时三年完成了对全粲四夸克态家族自旋宇称的测量，并做了CMS合作组内的预审核报告。

相关分析的评审委员会主席、CMS实验前发言人Joel Butler评论道：“这些新结果使我们更接近全粲四夸克的一个自洽的图像，进一步丰富了这一充满活力的领域。它们再次展示了CMS卓越的能力，这得益于出色的探测器、扩大的数据集以及分析团队的不懈努力。特别是来自中国的CMS团队在这些分析中发挥了主导作用，做出了重大贡献。我期待他们能取得更多重要成果。”

该自旋宇称测量的研究团队还包括南京师范大学及河南师范大学客座研究员格里·鲍尔（Gerry Bauer）、南京师范大学研究员/讲师张敬庆、以及约翰霍普金斯大学由Andrei Gritsan教授带领的团队等。

清华高能中心CMS团队负责人物理系胡震副教授与其他团队一起进一步利用2022至2024年采集的新数据扩展了先前的分析，这批数据总计对应315 fb⁻¹的质子-质子碰撞，所产生的J/ψ J/ψ粒子对数量达到之前的3.6倍，这些更新后的结果，以及它们所提供的对 X 三重态更深入的理解，将很快提交正式发表。

在过去几年的研究工作中，清华大学及南京师范大学CMS团队研究得到了中国科学技术部（MoST）和中国国家自然科学基金（NSFC）的持续经费支持，以及清华大学自主科研项目、南京师范大学科研启动项目等的资助。