3月18日，北京譜儀III（BESIII）實(shí)驗(yàn)合作組宣布，在粲物理領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展：研究團(tuán)隊(duì)首次觀測(cè)到粲夸克半輕衰變過(guò)程D+→η'μ+νμ，并提取了強(qiáng)子躍遷形狀因子。這一成果為檢驗(yàn)有效理論模型、驗(yàn)證粲夸克繆子-電子半輕躍遷中的輕子普適性提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)依據(jù)。相關(guān)論文以"Observation of D+→η'μ+νμ?and First Experimental Study of?D+→η'μ+νμ?Decay Dynamics"為題，發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(Phys. Lett. Rev. 134,111801(2025))。
粲介子半輕躍遷過(guò)程是研究基本粒子間相互作用的重要窗口。在這一過(guò)程中，粲夸克通過(guò)弱相互作用衰變?yōu)檩p夸克，同時(shí)釋放出輕子（如繆子），這一過(guò)程可被理解為粲夸克的貝塔衰變，其中初態(tài)與末態(tài)夸克之間的強(qiáng)相互作用由強(qiáng)子躍遷形狀因子描述。因此，對(duì)強(qiáng)子躍遷形狀因子的精確測(cè)量不僅為研究量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）的非微擾效應(yīng)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，也是揭示強(qiáng)相互作用深層規(guī)律、精確檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型的重要途徑。
BESIII實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)基于約6000萬(wàn)個(gè)帶電粲介子樣本，首次觀測(cè)到粲介子半輕衰變D+→η'μ+νμ，并測(cè)定其衰變分支比為(1.92±0.29)×10-4，進(jìn)而對(duì)D+→η'的半輕躍遷中的輕子普適性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)；首次在實(shí)驗(yàn)上抽取到D+→η'強(qiáng)子躍遷形狀因子為0.263± 0.026。實(shí)驗(yàn)結(jié)果有力地排除了部分理論模型，為檢驗(yàn)和刻度量子色動(dòng)力學(xué)唯象理論模型和格點(diǎn)量子色動(dòng)力學(xué)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
2024年恰逢粲夸克發(fā)現(xiàn)50周年。作為國(guó)際粲物理研究的核心平臺(tái)，BESIII實(shí)驗(yàn)近年來(lái)完成了世界上最大的閾值處粲介子樣本采集，數(shù)據(jù)規(guī)模與質(zhì)量均達(dá)到全球領(lǐng)先水平。此次突破性進(jìn)展的取得，得益于實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)對(duì)高質(zhì)量數(shù)據(jù)的高效利用與創(chuàng)新分析方法。
圖1. D+→η'強(qiáng)子躍遷形狀因子和半輕躍遷分支比測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算的比較
上述研究由高能所馬海龍研究員、蘇州大學(xué)徐新平教授和復(fù)旦大學(xué)羅濤教授的研究團(tuán)隊(duì)共同完成。該工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和博士后基金等資助。
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