科学家观测到含中子末态的粲重子卡比玻压低衰变

北京谱仪III实验上首次发现Λc到nπ+信号（红色虚线部分） 兰州大学供图

作为“标准模型”的基本组成之一，粲夸克（c）领域的科学研究一直是我们探索无穷小世界的重要手段之一。作为最低质量的含粲夸克重子（粲重子）Λc，早在40年前就已经被发现。然而，由于长期缺少实验进展，它的物理性质并没有被很好地理解。

近日，兰州大学稀有同位素前沿科学中心、兰州大学核科学与技术学院青年研究员李培荣与中山大学、中国科学技术大学、中国科学院大学以及高能物理研究所合作，在北京谱仪III实验上，利用4.612至4.699GeV能区之间的实验数据首次观测到单卡比玻压低过程Λc到nπ+。相关成果于近日在《物理评论快报》上正式发表，兰州大学硕士研究生刘英在分析过程中做出了重要的贡献。

不同于粲介子，W玻色子交换机制在Λc的衰变中扮演非常重要的角色，这类非因子化过程非常依赖实验信息作为输入。此外，众多唯象理论对于Λc的卡比玻压低过程预言差别很大，其中最引人关注的就是两体过程Λc到nπ+和Λc到pπ0的衰变率研究，不同的模型对于这两个过程分支比的比值预言在2-10之间，理论的不确定性很大。然而目前实验上对于Λc到pπ0过程的测量只给出了分支比的上限，Λc到nπ+则由于中子在实验上的探测困难而一直没有任何实验观测结果。

北京正负电子对撞机能区中粲重子Λc和它的反粒子总是成对产生。因此，双标记的方法被应用在这个物理工作中。由于准确知道正负电子对的初始能动量，基于能动量守恒则末态的中子信号可利用丢失信息来描述。团队充分利用正负电子对撞的优势，在百亿个对撞实验样本中，挑选出了稀少的如上图所示的中子信号。最后实验给出Λc到nπ+过程的统计显著性为7.3σ，测量得到的分支比为(6.6±1.2±0.4)×10-4。这是实验上首次观测到含有中子末态的粲重子卡比玻压低的衰变。考虑Belle实验的Λc到pπ0分支比上限8×10-5, Λc到nπ+与Λc到pπ0分支比比值将给出大于7.2的实验观测,这一结果对于理解Λc的物理性质非常关键。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.142001