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该能量点比Λc+Λc巴黎人注册网址−对质量阈值高

文章作者:巴黎人-智能硬件 上传时间:2019-09-20

近日,我校物理学院北京谱仪实验团队陈申见教授课题组科研工作再次取得重要进展,最新研究成果以“Measurement of the absolute branching fraction of the inclusive semileptonic Λc+decay”为题发表在Phys .Rev. Lett. 121, 250801 ,作者是课题组黄晓忠博士。

近日,我校物理学院BESIII实验团队与中科院高能所合作,在轻标量介子的研究方面取得重要进展。研究团队在D介子的半轻衰变过程中首次观测到了轻标量介子a0,这为研究a0 的本质提供了重要的实验依据,并为轻标量介子内在结构的研究开拓了新的思路。研究成果以“Observation of the Semileptonic Decay D0→a0-e+neand Evidence for D+→a00e+ne”为题,于2018年8月24日发表于在Phys. Rev. Lett. 121, 081802 。物理学院陈申见教授课题组的博士研究生豆正磊是该论文的通讯作者和实际的第一作者(由BESIII合作组认定)。

中国科学院高能物理研究所研究员贾宇,中国矿业大学副教授、高能所客座学者冯锋,以及西南大学副教授桑文龙,在国际上首次计算了赝标重夸克偶素强衰变宽度的次次领头阶辐射修正,并结合最新的实验测量值进行了深入的唯象讨论。12月20日,相关论文发表在《物理评论快报》上,该研究代表了重夸克偶素理论研究的重要进展。

Λc是最轻的含粲重子,朴素夸克模型中它由三个夸克组成,即一个重的粲夸克和两个轻夸克。但科学家并不完全清楚Λc内部夸克的具体分布及相应运行机制。Λc衰变几乎都有弱力参与,对它的研究可以用来检验弱相互作用理论,同时帮助科学家理解Λc内部的夸克分布问题。另外,由于高激发态粲重子和含底夸克的Λb重子都会跃迁到Λc,对Λc衰变性质的研究也有助于进一步理解重味重子谱学及其衰变性质。

高能物理国际学术会议每两年举办一次,是高能物理领域最重要的学术会议。2018年7月4日至11日, 第39届高能物理国际学术会议在首尔召开。在此次大会上首次公开发布的新成果中,中国科大ATLAS课题组直接参与并做出主要贡献的成果有5项:

自从Λc重子于1979年被实验发现以来,其强衰变的模式已被广泛地研究,然而对其半轻衰变的研究非常稀少,目前实验只观测到Λc+→Λl+νl 这一种半轻衰变模式。通过比较遍举衰变分支比 Br(Λc+→Λe+νe) 和单举半轻衰变分支比Br(Λc+→Xe+νe),可以为寻找尚未观测到的Λc半轻衰变模式指明方向。此外Λc和D介子的寿命主要由粲夸克的弱衰变主导,因此Λc的单举半轻衰变宽度和D的单举半轻衰变宽度有很强的关联。理论上通过不同的方法预言了Λc和D的单举半轻衰变宽度的比值。精确测量Λc的单举半轻衰变分支比,有助于区分不同的理论模型,并为理解Λc的衰变动力学提供实验依据。

对质量在1GeV/c2以下的a0 和f0 等轻标量介子的内在结构的研究一直是非微扰QCD的核心问题之一,它对于理解低能区的手征对称以及相关物理守恒律具有重要的意义。夸克模型认为a0 和f0 等为传统的正负夸克组成的qbar{q}态,但该模型难以解释f的辐射衰变过程f→ga00等一系列实验现象,因此对于轻标量介子的内在结构还存在着四夸克态、Kbar{K}束缚态等多种假设。在此前的实验中,已经发现了一部分四夸克态候选,但与轻标量介子不同的是,它们都含有重夸克对成分。

解释重夸克偶素的湮灭衰变,历史上对确立量子色动力学的渐进自由的性质起过关键作用。大约40年前,赝标夸克偶素的单举强衰变宽度在非相对论极限下的次领头阶辐射修正已被意大利和日本两组理论家独立完成。NLO修正的贡献十分重要,因此人们自然好奇下一阶辐射修正的大小。由于技术上的巨大挑战,在将近40年的漫长时间内,人们对于ηc强衰变宽度的NNLO修正始终一无所知。随着近年来量子场论高阶微扰计算技术的迅速发展,2017年夏人们终于迎来了期待已久的突破。经过几年的不懈努力,贾宇等克服了重重技术困难,最终借助于国家超级计算广州中心提供的天河平台完成计算。在这篇论文中,贾宇等首次明确验证了从QCD第一性原理出发的有效场论方法——非相对论性的QCD因子化对于单举过程在次次领头阶依然成立。然而,将NNLO辐射修正与已知的相对论修正相结合,他们发现目前最完备的NRQCD预言与实验测量的ηc总宽度、尤其与实验测量的ηc衰变到双光子的分支比,均存在严重分歧。这意味着著名的NRQCD方法尽管理论根基十分坚固,但对于粲夸克偶素而言,由于粲夸克质量不够大,导致微扰展开的收敛性非常差,使其有效性面临着严峻挑战。另一方面,NRQCD方法能够满意地解释实验测量的基态底夸克偶素ηb的强衰变宽度。同时,他们给出了ηb衰变到双光子分支比的精确预言,Br[ηb→γγ]=×10-5,有待将来被超级B工厂实验检验。

自从1979年粲重子Λc被MARKII实验发现以来,实验上多数关于Λc+的研究仍然是二十多年前开展的,主要以Λc+→pK−π+衰变作为参考道来研究强子衰变的分支比。然而由于或多或少地依赖于模型假设,对Λc+→pK−π+分支比的实验测量并不准确。这会从整体上使Λc+衰变分支比的结果存在很大的不确定性。

低质量双光子共振峰的寻找:利用积分亮度为80 fb-1的数据,在65 –110 GeV 范围内寻找衰变到双光子的新粒子,未见新粒子的迹象,给出了新粒子的产生截面与衰变分支比的乘积的上限。中国科大博士生王雨风、博士后Asma Hadef和刘衍文教授参与了研究工作,负责事例选择方法的优化、信号分布的参数化描述、本底估计等工作。

实验上只有MarkII合作组在1982年测量了Λc的单举半轻衰变分支比。受限于数据样本,MarkII的结果依赖于诸多假设。研究团队利用BESIII探测器在质心能量4.6 GeV处采集的总积分亮度为567 pb-1的正负电子对撞数据和双标记的方法,精确测量了Λc单举半轻衰变的分支比,该结果不依赖MarkII所作的假设。该研究表明Λc+→Xe+νe是Λc半轻衰变的主要模式,这也是实验上尚未观测到Λc其他半轻衰变模式的部分原因。此外,研究团队根据Λc和D的单举半轻衰变宽度的比值,有效地区分了不同理论的预言。下图展示了实验室系中Λc单举半轻衰变产生的电子动量谱的拟合图。带误差棒的是实验数据,蓝色曲线是总的拟合结果。从图中可以看到明显的信号过程。

半轻衰变过程中强子跃迁可以自然地从轻对中分解出来,能有效避免强子衰变中复杂的末态相互作用,因此在D介子半轻衰变中寻找a0 可以有效提供a0 波函数中的a0-=dbar{u}, a0+=ubar{d}和a00=(ubar{u}–dbar{d})/Ö2成分信息,其对于研究D介子的衰变机制也至关重要。

值得注意的是,该研究工作的结论与贾宇等2015年发表在《物理评论快报》的论文的结论是相互印证的,即NRQCD方法应用于到涉及粲夸克偶素的过程面临挑战。论文首次计算了粲夸克偶素遍举产生过程的NNLO辐射修正。研究了γ*γηc跃迁形状因子随动量转移的变化,发现当包含NNLO修正后,最精确的NRQCD预言与BaBar实验测量值相差甚远。

经过北京正负电子对撞机II上科研工作人员的不懈努力,2014年北京谱仪III实验成功地在4.599GeV的质心系能量上积累了567pb−1的正负电子湮灭数据。该能量点比Λc+Λc−对质量阈值高26MeV左右,大大超过了北京正负电子对撞机II设计的最高能量4.2GeV。在该能量下Λc+和Λc−成对产生,并且没有额外能量产生其它任何伴随强子。北京谱仪III实验基于这些数据样本,利用全重建Λc+Λc−对的双标记技术,测量了Λc的强子衰变分支比。该测量方法的优点在于不依赖于Λc+Λc−对产生截面或其衰变模型的假设,并且不需要数据积分亮度等输入信息,科学家称之为绝对分支比测量。北京谱仪III实验对Λc的十二个主要的强子衰变道联合分析,通过全局拟合提高精度,测量了Λc+→pK−π+的分支比为B(Λc+→pK−π+)=(5.84±0.27±0.23)%。这是Λc发现三十多年来世界上首次在阈值上精确测量Λc+→pK−π+的绝对分支比。

Z+gamma截面测量:利用积分亮度为36.1 fb-1的数据,测量Z+gamma产生截面,事例选择针对Z的中微子衰变,测量结果与标准模型理论预期一致,对相关的规范玻色子反常耦合给出了当前最严格的限制。中国科大博士后Dimitrii Krasnopevtsev参与了该项研究,并担任分析协调人,负责组织研究工作。

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