北京譜儀Ⅲ國際合作組(簡稱BESⅢ合作組)利用100億J/y數(shù)據(jù)對超子輻射躍遷到中子過程

進(jìn)行了精確測量，最新測量的躍遷幾率較此前世界上各個(gè)實(shí)驗(yàn)平均值有5.6倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的偏離。同時(shí)還首次確定了該衰變過程的不對稱參數(shù)。上述結(jié)果于2022年11月18日在線發(fā)表在《物理評論快報(bào)》雜志[Phys. Rev. Lett. 129, 212002 (2022)]。 Λ超子是含一個(gè)奇異夸克的重子，就是把中子內(nèi)部一個(gè)下夸克替換成奇異夸克。Λ超子是重子八重態(tài)中含奇異夸克的最輕重子，是最早在宇宙線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的長壽命超子，歷史上研究其衰變性質(zhì)對弱相互作用理論的發(fā)展起到了重要作用。超子的衰變主要包括三類：強(qiáng)子衰變、半輕衰變以及輻射衰變。其中超子的輻射衰變是唯一包含了電磁、弱和強(qiáng)三種相互作用的過程，是研究低能區(qū)相互作用的理想場所。 1957年，李政道和楊振寧對超子衰變過程的分波振幅做了首次研究[1]，并對衰變振幅過程進(jìn)行了參數(shù)化，其中的衰變不對稱參數(shù)a表征超子衰變中宇稱破缺和宇稱守恒振幅的比例，在輻射衰變中也描述了末態(tài)輻射光子的自旋極化。Λ超子輻射躍遷到中子是奇異數(shù)改變的過程，日本理論家Yasuo Hara考慮到SU(3)味對稱性破缺后，預(yù)言了輻射光子的自旋極化行為[2]，該理論被稱為Hara定理。然而在

等多個(gè)超子輻射過程中，實(shí)驗(yàn)觀測到的光子自旋極化與理論預(yù)言有嚴(yán)重的沖突。因此超子輻射衰變問題被視為“低能區(qū)超子衰變中長期存在的不解之謎”。理論上提出許多模型試圖解決這個(gè)謎團(tuán)，其中多個(gè)理論認(rèn)為對

的研究尤其是衰變不對稱參數(shù)的確定是檢驗(yàn)Hara定理的關(guān)鍵。利用BESⅢ上收集的100億

數(shù)據(jù)樣本，通過

衰變到正反Λ超子對和雙標(biāo)記方法，實(shí)驗(yàn)首次得到清晰的輻射躍遷信號，獲得世界上最精確的

絕對衰變幾率測量結(jié)果為

，與之前固定靶實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果(1.75±0.15) ×10^-3,偏離了5.6倍標(biāo)準(zhǔn)差(見圖1)。同時(shí)，BESⅢ利用量子糾纏正反Λ超子對首次測量了

的衰變不對稱參數(shù)，實(shí)驗(yàn)值為

,與Hara定理的預(yù)言一致。這一精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為約束理論計(jì)算中宇稱破缺振幅的貢獻(xiàn)提了供重要的實(shí)驗(yàn)信息。

這一成果主要由中國科技大學(xué)周小蓉特任教授帶領(lǐng)博士生李賀，與高能所李海波研究員和瑞典烏普薩拉大學(xué)的Andrzej Kupsc教授等BESⅢ合作組成員共同完成。BESⅢ高精度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得益于探測器的設(shè)計(jì)和離線軟件科研人員的大量精細(xì)刻度工作，同時(shí)也感謝北京正負(fù)電子對撞機(jī)加速器團(tuán)隊(duì)在疫情期間的維護(hù)和運(yùn)行。

圖1：BESⅢ上

的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(黑色十字和黃色填充橢圓)與世界平均值(藍(lán)色豎直帶)，及多個(gè)理論模型預(yù)言的比較。