国科大团队在底重子稀有衰变实验研究中取得重要进展

       近期，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的LHCb实验国际合作组完成了底重子稀有衰变过程Λ_b⁰→Λ(1520)μ⁺μ^-微分衰变分支比的首次测量，测量结果在部分区间与最新的标准模型（Standard Model）理论预言有明显差异。该成果由我校350vip浦京集团长聘教授何吉波、特别研究助理周亦雄和博士生项治宇（2016级，现为高能物理研究所特别研究助理）主导完成，于10月10日发表在物理领域顶级期刊《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 131 (2023) 151801】上。

图：测量结果（黑点）与目前标准模型理论预言比较

       目前已知自然界存在四种基本相互作用力：引力、电磁、强与弱相互作用力。粒子物理标准模型系统地描述了除引力之外的其它三种基本相互作用力。标准模型在过去几十年间经受住了大量的实验检验，取得了巨大的成功。随着2012年标准模型基本粒子最后一块拼图——希格斯粒子的发现，标准模型成为了“标准理论”。但标准模型也存在一些局限性，例如未能解释宇宙正反物质的不对称性。因此，粒子物理学家普遍认为有超出标准模型的新物理存在，而研究底强子的稀有衰变是间接寻找新物理的主要途径之一，与直接寻找相互补，是粒子物理实验重大前沿研究方向。

       过去的十余年中，底强子稀有衰变的部分实验测量与目前标准模型理论预言呈现出系统性的偏离，被称为 “味物理反常”。为了应对LHCb合作组内的强竞争，何吉波在2015年归国时，针对底强子稀有衰变过程开发了基于机器学习的集中预选择算法，显著提高了其信号选择效率。经过多年的努力，国科大团队利用LHCb实验2011-2018年采集的所有质子-质子对撞数据，主导完成了底重子稀有衰变过程Λ_b⁰→Λ(1520)μ⁺μ^-微分衰变分支比的首次测量。测量结果在部分区间与最新的标准模型理论预言有明显差异，与之前的底介子稀有衰变中观测到的偏离模式一致。“这些系统性的偏离究竟是新物理的迹象，还是源于量子色动力学效应，需要理论家与实验家的共同努力来回答”，何吉波介绍说。本论文是首次使用重子激发态来研究b→sμ⁺μ^-衰变过程，得到了《物理评论快报》评阅人的高度评价，“…therefore setting a milestone in the use of excited baryons for testing b→sμ⁺μ^- decays”（因此在使用重子激发态来检验b→sμ⁺μ^-衰变方面树立了一个里程碑）。

       LHCb实验是大型强子对撞机上四个大型实验之一，是国际上研究重味强子的重要装置。研究参与单位还包括：法国巴黎-萨克雷大学、英国华威大学、匈牙利罗兰大学等。本研究得到了国家自然科学基金重大国际合作（NSFC-CERN）项目“LHCb实验上新物理的间接寻找”、中国科学院及教育部中央高校基本科研业务费专项资金等项目经费的支持。

参考链接：

《物理评论快报》在线发表链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.151801