近日，北京譜儀III(BESIII)合作組在粲介子強子衰變的實驗研究中取得重要進展，研究成果以“Observation of the W-Annihilation Process Ds+→ωρ+ and Measurement of Ds+→Φρ+ in Ds+→π+π+π-π0π0 Decays”為題發表于國際權威期刊《物理評論快報》(PhysRevLett.134.201902)。
在粲介子衰變中，末態為兩個矢量介子衰變被認為是尋找超出標準模型的新物理及研究強子結構的重要過程。理論認為此類衰變由橫向極化主導，波成分作為主要貢獻存在。然而，現有實驗表明，部分該類衰變過程由縱向極化主導，并觀測到波或波主導的反常現象，這與傳統理論預期產生了嚴重不符，并以“極化難題”為名在物理學家中受到廣泛討論。目前，物理學家常使用拓撲圖方法研究該類過程，而純W-湮滅過程Ds+→ωρ+和純W-外發射過程Ds+→Φρ+是研究“極化難題”的重要研究對象。二者的拓撲圖如圖1所示。 BESIII實驗團隊利用采集的大量奇異粲介子數據，利用振幅分析方法，首次觀測到Ds+→ωρ+ 衰變過程，并對Ds+→Φρ+ 過程進行了首次測量。振幅分析擬合結果如圖2所示。利用振幅分析，BESIII合作組得到了二者的分波振幅絕對分支比，發現了Ds+→ωρ+ 衰變過程中波大于波的反常現象，與Ds+→Φρ+ 衰變過程中波主導的實驗現象存在明顯偏差。通過對這兩個過程的絕對分支比及分波振幅分支比進行比較，將有助于解決困擾物理學家多年的“極化難題”，并為末態相互作用研究做出重要貢獻。

此外，通過該研究，BESIII合作組對Φ→π+π-π0與Φ→K+K-比例進行了計算，測量結果與之前BESIII實驗結果一致，與目前世界平均測量結果存在3倍以上標準偏差，為Φ衰變研究提供了重要支持。

高能物理研究所董燎原研究員，博士后盧澤輝和鄭州大學柯百謙教授等合作組成員為這一發現做出了主要貢獻，北京譜儀III探測器維護和離線軟件團隊、北京正負電子對撞機的加速器運行維護團隊為數據采集和處理提供了基礎支持。

該工作得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院的支持。

圖1 純W-湮滅過程Ds+→ωρ+ (a) 和純W-外發射過程Ds+→Φρ+ (b) 的拓撲圖

圖2 π+π-π0不變質量譜