北京谱仪III实验首次阈值上直接测量Λc重子衰变

来源: 中国科学院高能物理研究所

发布日期: 2016-02-23 08:50:57

北京谱仪III实验首次在阈值上精确测量了Λc重子的强子衰变分支比,并通过全局拟合提高精度,测量了Λc+ → pK−π+ 的分支比。此外,还首次直接测量了半轻衰变 Λc+→Λe+ve 的绝对分支比,结果的精度有很大改善。

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,同时帮助科学家理解 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+ → pK−π+ 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+ → pK−π+ 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4.599 GeV 的质心系能量上积累了567 pb−1 的正负电子湮灭数据。该能量点比 Λc+Λc− 对质量阈值高26 MeV 左右,大大超过了北京正负电子对撞机 II 设计的最高能量4.2 GeV 。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,科学家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+ → pK−π+ 的分支比为 B(Λc+→pK−π+ ) =(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+→pK−π+ 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+→Λe+ve 的绝对分支比,结果的精度有很大改善。该实验测量对理解含粲夸克强子衰变寿命有重要指导意义。

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