精确测量粲重子Ω_c⁰质量及其卡比玻压低两体衰变

 粒子物理实验团队

       近期，《物理评论快报》发表了在欧洲大型强子对撞机底物理（LHCb）实验上开展的粲重子Ω_c⁰质量精确测量及其卡比玻压低两体强子衰变的首次测量工作。该成果由国科大粒子物理实验团队主导完成。林创新博士后，王子一博士（现为米兰大学博士后）和Miroslav Saur博士（现为北京大学博士后）在傅金林副教授、吕晓睿教授和郑阳恒教授联合指导下做出了主导贡献。

       质量是微观粒子的基本属性，能够反映粒子内部结构和相互作用性质，是标准模型精确检验的重要手段。粲重子质量和衰变的精确测量有助于理解强相互作用的非微扰性质。Ω_c⁰寿命相对较长，衰变模式比较丰富，对其衰变分支比的预言是理论研究的热点课题。目前存在多种理论方法用于计算因子化贡献（W外发射跃迁）和非因子化贡献（如W内发射和W交换跃迁）。然而，在 Ω_c⁰→Ω^–π⁺ 和 Ω_c⁰→Ξ^–π⁺ 衰变分支比预言中，不同理论模型之间存在显著差异。

图1： LHCb实验上 Ω_c⁰→Ω^–π⁺ 衰变的质量谱（左）；LHCb实验测量Ω_c⁰质量值及LQCD各种模型的计算值（右）。

       基于LHCb实验采集的高统计量粲重子实验数据（如图1左所示），国科大团队完成了迄今为止对Ω_c⁰质量的最精确测量，将当前世界平均值的精度提高了四倍。值得注意的是，实验测量值大于大多数格点量子色动力学(LQCD)的计算中心值（如图1右所示），这有助于更好的刻度LQCD计算。另外，此项研究还观测到了两种新的卡比玻压低两体衰变模式，Ω_c⁰→Ω^–K⁺ 和 Ω_c⁰→Ξ^–π⁺，并精确测量了它们的相对分支比。这些分支比结果揭示了非因子化贡献在衰变中起到至关重要的作用，检验并限制了各种分支比理论模型，为理解QCD中的非微扰效应提供了独特而新颖的信息。这些研究推进了我们对粲能区相互作用动力学的认识，对粒子物理标准模型的精确测量和微观物质结构的理解均有重要的科学意义。

       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。

论文在线发表链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.081802

媒体报道：

【光明日报】国科大粒子物理实验团队主导完成粲重子Ωc0质量及其卡比玻压低两体衰变的精确测量

【中国青年报】国科大团队这一成果让世界平均值测量精度提高了四倍

【科学网】国科大团队使用欧洲对撞机实验成果发PRL