|作者:孙浩凯1, † 李海波1, 2
(1 中国科学院高能物理研究所)
(2 中国科学院大学)
本文选自《物理》2022年第7期
01
引 言
图1 BESⅢ上正反科西(Ξ)超子对产生和级联衰变示意图
02
北京谱仪实验
03
探索正反物质不对称的新方法
3.1 兰布达超子
3.2 科西超子
图2 超子弱衰变不对称参数关系图。上半圆的直角三角形对应超子的幺正性α2+β2+γ2=1;下半圆的则对应反超子的幺正。如果CP守恒,那么这两个三角形全等且上下成轴对称,ΔCP=0,
BESⅢ最近分析了13亿J/ψ数据,重建出约7.3万高纯度信号样本。通过拟合其级联衰变的微分角分布[12],同时测量到了包括极化、衰变参数、衰变参数、CP破坏、强相位差、弱相位差等多项重要的物理参数[2]。其中,对反超子两项衰变参数的测量均是世界首次,如图3所示。
图3 BESⅢ对正反Ξ超子衰变参数的测量以及与ParticleDataGroup(PDG)的对比。红色代表衰变参数α,蓝色代表ϕ角()。黄色背景为BESⅢ的结果,其中浅黄色是已发表的利用13亿J/ψ数据的结果,深黄色是预期的利用100亿J/ψ数据的结果;绿色则代表PDG的世界平均值
同时,也正是得益于此,此项工作中可以分别从三个独立的角度来检验CP破坏,这是史无前例的。其一,正反Λ超子的衰变参数,其差异,这一项验证了BESⅢ之前的测量[7]。并且,虽然信号量较小(7.3万<42万),测量精度却相当,这是由于更多层的级联衰变提高了事例信息利用度(9维>5维),并且与αΛ相耦合的极化项也更大,增幅效应更强。其二和其三,正反Ξ超子的两项衰变参数:,,这两项独立的CP破坏检验都是世界首次。
更重要的是,通过巧妙构建观测量,BESⅢ实现了对衰变强相位差和弱相位差的直接测量。强相位来自于的末态相互作用,由于末态既可以是S波(轨道角动量为0,宇称破坏)也可以P波(轨道角动量为1,宇称守恒),因此不同波的振幅之间就存在强相位差δP-δS=-0.040±0.033±0.017。作为对比,美国费米实验室的HyperCP实验是专门用来研究超子CP破坏的实验装置,重建出来的正反科西超子共计约1.5亿个,测量结果0.102±0.039的精度和BESⅢ实验是同水平的[13]。BESⅢ实验13亿J/ψ事例中,衰变到正反超子对的几率为千分之一左右,可以重建出约7.3万个正反超子对,所以BESⅢ的实验敏感度是HyperCP的一千多倍!这得益于量子关联—级联衰变的创新性实验方法、BESⅢ优异的探测器和合作组成员精良的数据处理及分析技术。弱相位则来自于弱衰变中的CKM矩阵元相角或者可能的新物理CP破坏项,其差值同样来自P波和S波之间,测量结果是0.012±0.034±0.008,这是对于奇异重子最精确的CP破坏检验之一,更是重子领域对于弱相位差的首次直接测量,如图4所示。
图4 BESⅢ对强相位差和弱相位差的直接测量以及和HyperCP的对比。黄色背景代表BESⅢ的结果,其中浅黄色是利用13亿J/ψ(重建后为7.3万个正反Ξ)已发表的测量值,深黄色是预期的利用100亿J/ψ(估计将重建出60万余正反Ξ)的结果;灰色背景代表HyperCP约1.5亿正反Ξ的测量结果
04
总结及展望
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