北京譜儀III實驗上首次發現Λc到nπ+信號（紅色虛線部分） 蘭州大學供圖
作為“標準模型”的基本組成之一，粲夸克（c）領域的科學研究一直是我們探索無窮小世界的重要手段之一。作為最低質量的含粲夸克重子（粲重子）Λc，早在40年前就已經被發現。然而，由于長期缺少實驗進展，它的物理性質并沒有被很好地理解。
近日，蘭州大學稀有同位素前沿科學中心、蘭州大學核科學與技術學院青年研究員李培榮與中山大學、中國科學技術大學、中國科學院大學以及高能物理研究所合作，在北京譜儀III實驗上，利用4.612至4.699GeV能區之間的實驗數據首次觀測到單卡比玻壓低過程Λc到nπ+。相關成果于近日在《物理評論快報》上正式發表，蘭州大學碩士研究生劉英在分析過程中做出了重要的貢獻。
不同于粲介子，W玻色子交換機制在Λc的衰變中扮演非常重要的角色，這類非因子化過程非常依賴實驗信息作為輸入。此外，眾多唯象理論對于Λc的卡比玻壓低過程預言差別很大，其中最引人關注的就是兩體過程Λc到nπ+和Λc到pπ0的衰變率研究，不同的模型對于這兩個過程分支比的比值預言在2-10之間，理論的不確定性很大。然而目前實驗上對于Λc到pπ0過程的測量只給出了分支比的上限，Λc到nπ+則由于中子在實驗上的探測困難而一直沒有任何實驗觀測結果。
北京正負電子對撞機能區中粲重子Λc和它的反粒子總是成對產生。因此，雙標記的方法被應用在這個物理工作中。由于準確知道正負電子對的初始能動量，基于能動量守恒則末態的中子信號可利用丟失信息來描述。團隊充分利用正負電子對撞的優勢，在百億個對撞實驗樣本中，挑選出了稀少的如上圖所示的中子信號。最后實驗給出Λc到nπ+過程的統計顯著性為7.3σ，測量得到的分支比為(6.6±1.2±0.4)×10-4。這是實驗上首次觀測到含有中子末態的粲重子卡比玻壓低的衰變。考慮Belle實驗的Λc到pπ0分支比上限8×10-5, Λc到nπ+與Λc到pπ0分支比比值將給出大于7.2的實驗觀測,這一結果對于理解Λc的物理性質非常關鍵。
相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.142001
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