首次测量粲重子纯W玻色子交换弱衰变的李杨参数
粒子物理实验团队
2024年1月17日《物理评论快报》发表了北京正负电子对撞机-北京谱仪III(BESIII)实验上开展的粲重子纯W玻色子交换过程Λc+→Ξ0K+弱衰变李杨参数的首次测量。该成果由国科大粒子物理实验团队联合兰州大学团队共同主导完成，我校博士研究生孙昊在吕晓睿教授和郑阳恒教授联合指导下发挥重要贡献。
在微观层次，夸克通过强相互作用力束缚形成强子。质子和中子是众多强子中大家最熟悉的，属于由三个夸克组成的一类强子——重子。而三个夸克中如果包含至少一个粲夸克的重子，称为粲重子。研究粲重子弱衰变对于理解和检验粒子物理标准模型中的基本相互作用动力学性质至关重要。Λc+是质量最轻的粲重子，是理解整个粲重子谱系性质的基石。
1957年李政道和杨振宁共同提出李杨参数来描述重子弱衰变的宇称不对称度，可以反映宇称破坏和宇称守恒过程中的动力学机制。目前实验上粲重子弱衰变李杨参数的相关研究很少，是目前研究粲重子衰变动力学的瓶颈。Λc+→Ξ0K+ 衰变是一种仅能通过W玻色子交换过程发生的弱相互作用衰变过程，其衰变动力学在理论上存在很多计算困难。2018年团队主导完成了在BESIII实验上首次测量该过程的绝对衰变分支比，引发了理论学家的热烈讨论，改进了不同粲重子理论模型对该过程的计算准确度，但理论上对该衰变过程李杨参数的计算结果仍存在较大分歧，亟需实验研究来澄清。然而，由于当时实验数据统计量受限无法给出可靠测量。在2020-2021年期间，国科大团队主导推动了BESIII实验在正反Λc对质量阈值附近的实验运行，获取了约8倍的Λc+实验数据。本次研究成果正是基于这一批新的实验数据完成的。
图1. 现有理论计算和本次实验测量结果的对比
团队分析了BESIII实验上获取的正负电子湮灭过程产生的约80万对Λc+Λc–事例，对四级级联反应过程进行七维角分布分析，首次测量了Λc+→Ξ0K+衰变的李杨参数，其中衰变参数α测量结果与零相符，排除了近年来诸多理论模型的计算结果（如图1所示），澄清了长期以来存在的理论计算分歧。同时结合之前BESIII实验测量的衰变分支比结果，首次给出了弱衰变过程中宇称破坏过程和宇称守恒过程振幅模的大小和它们之间的相位角度值，为理论模型重新考察粲重子衰变中的动力学机制提供关键信息，推动粒子物理标准模型中强相互作用力性质的研究。
本研究工作获得了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院以及我校科研项目的大力支持。
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