兰州大学粒子物理团队首次观测到含有中子末态的粲重子卡比玻压低衰变

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李培荣青年研究员与中山大学、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Λcànπ+。相关成果于4月4日在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上正式发表，团队硕士研究生刘英同学在分析过程中做出了重要的贡献。

北京谱仪III实验上首次发现Λcànπ+信号（红色虚线部分）

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Λcànπ+和Λcàpπ0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Λcàpπ0过程的测量只给出了分支比的上限，Λcànπ+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Λcànπ+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Λcàpπ0分支比上限8×10-5, Λcànπ+与Λcàpπ0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。

上述工作得到了国家自然科学基金委青年项目、重点项目，科技部重点研发计划，兰州大学中央高校基本科研业务费优秀青年支持计划的支持。

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[1]https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.142001