北京谱仪III实验首次阈值上直接测量Λc重子衰变

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(c)和两个轻夸克(u,d)。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,同时帮助我们理解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。

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+ → pKπ+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+ → pKπ+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。

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W020160219686807735192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,我们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+ → pKπ+的分支比为B(Λc+ → pKπ+) =(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+ → pKπ+的绝对分支比。

此外,2015年北京谱仪III实验基于该阈值数据,利用丢失中微子质量的方法,世界上首次直接测量了半轻衰变Λc+→Λc+νe的绝对分支比,并且结果的精度有很大改善。该实验测量对于理解含粲夸克强子衰变寿命有重要指导意义。

相关科研人员将继续努力挖掘北京谱仪III实验在Λc研究方面的潜力。我们期待更多Λc相关的科研成果发表。

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