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BESⅢ發現Λ超子橫向極化並精確測量其衰變參數
2019-05-06|文章来源:实验物理中心 |【
 

  5月6日,英國《自然·物理》雜志發表了北京譜儀Ⅲ合作組(BESⅢ合作組)發現正負電子對撞中蘭布達超子(Λ超子)存在橫向極化,以及利用這個發現對Λ超子衰變非對稱參數和對物質、反物質不對稱性來源的高靈敏度的探測結果。

  超子,或稱奇異重子,是含奇異誇克的重子。Λ超子是質量最小的超子,最早于20世紀40年代末在宇宙線實驗中被發現,因質量比核子重而得名。1956年,李政道和楊振甯提出弱作用中宇稱不守恒,建議通過研究超子的衰變檢驗他們的想法。

  1957年,吳健雄領導的實驗團隊在钴-60原子核衰變中,觀測到出射電子分布的不對稱性。在隨後的幾個月,有多個實驗團隊在Λ→pπ-中也觀測到質子角分布的不對稱性,證實了弱衰變中宇稱不守恒。1957年,李政道與楊振甯因發現弱作用中宇稱不守恒而獲得諾貝爾物理學獎。

  隨著宇稱破壞的觀念被證實,人們開始懷疑物質世界其他分立對稱性的不變性。直到現在,尋找電荷共轭(C)和宇稱(P)聯合變換的破壞機制(CP破壞),仍然是理解我們生活的物質世界正反物質不對稱謎題的重大課題。

  Λ超子和反Λ超子的衰變,是尋找CP破壞的一個重要場所。如果CP變換是守恒的,那麽Λ超子和它的反超子的衰變參數,絕對值大小相等,符號相反,它們的衰變參數之和爲零。實驗上非零的測量結果意味著CP破壞。

  BESⅢ合作組利用13億J/ψ事例,挑選出43萬J/ψ→ΛΛ-bar→(pπ-)(p-barπ+)衰变事例(如图1所示)。实验利用Λ超子和它的反超子形成的自旋纠缠系统,通过角分布分析,首次观测到显著的超子横向极化,最大极化度达到25%(见图2)。BESⅢ对Λ超子的衰变参数测量结果为0.750±0.010,反超子的衰变参数为-0.758±0.012, 在3%的灵敏度下确认超子衰变中不存在CP破坏。

  BESⅢ測量把Λ超子和反超子的衰變參數精度提高到1.3%,這是目前世界上最精確的結果。值得注意的是,Λ超子目前的世界平均值比BESⅢ的測量小超過5倍標准偏差,表明在過去40多年的時間裏,Λ超子的衰變參數在使用中一直被低估了17%。這個測量結果,作爲其他實驗測量的輸入,將刷新大批其他超子和粲重子衰變參數的世界平均值。

  目前,BESⅢ采集了共100億J/ψ事例,是上述測量所用數據的8倍。合作組正在對其他超子的極化作系統研究,尋找超子衰變中可能存在的CP破壞效應。

图 1. 正负电子对撞机上,J/ψ的产生以及衰变J/ψ→ΛΛ-bar→(pπ-)(p-barπ+)示意圖

 图 2. Λ超子的横向极化随极角θΛ的分布

 

  附論文原文鏈接: Polarization and entanglement in baryon–antibaryon pair production in electron–positron annihilation

  鏈接1: https://www.nature.com/articles/s41567-019-0494-8 

  鏈接2: https://rdcu.be/bAxPR 


 
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