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          北京譜儀實驗在超子輻射衰變研究中取得重要進展
          2022-11-28|文章來源:實驗物理中心 |【
           

            北京譜儀Ⅲ國際合作組(簡稱BESⅢ合作組)利用100億J/y數據對超子輻射躍遷到中子過程進行了精確測量,最新測量的躍遷幾率較此前世界上各個實驗平均值有5.6倍標準偏差的偏離。同時還首次確定了該衰變過程的不對稱參數。上述結果于2022年11月18日在線發表在《物理評論快報》雜志[Phys. Rev. Lett. 129, 212002 (2022)]。

            Λ超子是含一個奇異夸克的重子,就是把中子內部一個下夸克替換成奇異夸克。Λ超子是重子八重態中含奇異夸克的最輕重子,是最早在宇宙線實驗發現的長壽命超子,歷史上研究其衰變性質對弱相互作用理論的發展起到了重要作用。超子的衰變主要包括三類:強子衰變、半輕衰變以及輻射衰變。其中超子的輻射衰變是唯一包含了電磁、弱和強三種相互作用的過程,是研究低能區相互作用的理想場所。 1957年,李政道和楊振寧對超子衰變過程的分波振幅做了首次研究[1],并對衰變振幅過程進行了參數化,其中的衰變不對稱參數a表征超子衰變中宇稱破缺和宇稱守恒振幅的比例,在輻射衰變中也描述了末態輻射光子的自旋極化。Λ超子輻射躍遷到中子是奇異數改變的過程,日本理論家Yasuo Hara考慮到SU(3)味對稱性破缺后,預言了輻射光子的自旋極化行為[2],該理論被稱為Hara定理。然而在等多個超子輻射過程中,實驗觀測到的光子自旋極化與理論預言有嚴重的沖突。因此超子輻射衰變問題被視為“低能區超子衰變中長期存在的不解之謎”。理論上提出許多模型試圖解決這個謎團,其中多個理論認為對的研究尤其是衰變不對稱參數的確定是檢驗Hara定理的關鍵。

            利用BESⅢ上收集的100億數據樣本,通過衰變到正反Λ超子對和雙標記方法,實驗首次得到清晰的輻射躍遷信號,獲得世界上最精確的絕對衰變幾率測量結果為,與之前固定靶實驗的測量結果(1.75±0.15) ×10^-3,偏離了5.6倍標準差(見圖1)。同時,BESⅢ利用量子糾纏正反Λ超子對首次測量了的衰變不對稱參數,實驗值為,與Hara定理的預言一致。這一精確的實驗結果為約束理論計算中宇稱破缺振幅的貢獻提了供重要的實驗信息。

            這一成果主要由中國科技大學周小蓉特任教授帶領博士生李賀,與高能所李海波研究員和瑞典烏普薩拉大學的Andrzej Kupsc教授等BESⅢ合作組成員共同完成。BESⅢ高精度的實驗數據得益于探測器的設計和離線軟件科研人員的大量精細刻度工作,同時也感謝北京正負電子對撞機加速器團隊在疫情期間的維護和運行。

            

            圖1:BESⅢ上的實驗結果(黑色十字和黃色填充橢圓)與世界平均值(藍色豎直帶),及多個理論模型預言的比較。

            文章鏈接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.129.212002

            參考文獻:

            [1] T. D Lee and C. N. Yang, Phys. Rev. 1957 108 1645 (1957)

            [2] Y. Hara, Phys. Rev. Lett. 12, 378 (1964).


           
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