科學家發現Λ超子橫向極化並精確測量其衰變參數

最新 05-10

5月6日，英國《自然-物理》雜誌發表了北京譜儀Ⅲ合作組（BESⅢ合作組）發現正負電子對撞中蘭布達超子（Λ超子）存在橫向極化，以及利用這個發現對Λ超子衰變非對稱參數和對物質、反物質不對稱性來源的高靈敏度的探測結果。

超子，或稱奇異重子，是含奇異夸克的重子。Λ超子是質量最小的超子，最早於20世紀40年代末在宇宙線實驗中被發現，因質量比核子重而得名。1956年，李政道和楊振寧提出弱作用中宇稱不守恆，建議通過研究超子的衰變檢驗他們的想法。

1957年，吳健雄領導的實驗團隊在鈷-60原子核衰變中，觀測到出射電子分布的不對稱性。在隨後的幾個月，有多個實驗團隊在Λpπ-中也觀測到質子角分布的不對稱性，證實了弱衰變中宇稱不守恆。1957年，李政道與楊振寧因發現弱作用中宇稱不守恆而獲得諾貝爾物理學獎。

隨著宇稱破壞的觀念被證實，人們開始懷疑物質世界其他分立對稱性的不變性。直到現在，尋找電荷共軛(C)和宇稱(P)聯合變換的破壞機制（CP破壞），仍然是理解我們生活的物質世界正反物質不對稱謎題的重大課題。

Λ超子和反Λ超子的衰變，是尋找CP破壞的一個重要場所。如果CP變換是守恆的，那麼Λ超子和它的反超子的衰變參數，絕對值大小相等，符號相反，它們的衰變參數之和為零。實驗上非零的測量結果意味著CP破壞。

BESⅢ合作組利用13億J/ψ事例，挑選出43萬J/ψΛΛ-bar(pπ-)(p-barπ )衰變事例（如圖1所示）。實驗利用Λ超子和它的反超子形成的自旋糾纏系統，通過角分布分析，首次觀測到顯著的超子橫向極化，最大極化度達到25%（見圖2）。BESⅢ對Λ超子的衰變參數測量結果為0.750±0.010，反超子的衰變參數為-0.758±0.012，在3%的靈敏度下確認超子衰變中不存在CP破壞。

BESⅢ測量把Λ超子和反超子的衰變參數精度提高到1.3%，這是目前世界上最精確的結果。值得注意的是，Λ超子目前的世界平均值比BESⅢ的測量小超過5倍標準偏差，表明在過去40多年的時間裡，Λ超子的衰變參數在使用中一直被低估了17%。這個測量結果，作為其他實驗測量的輸入，將刷新大批其他超子和粲重子衰變參數的世界平均值。

目前，BESⅢ採集了共100億J/ψ事例，是上述測量所用數據的8倍。合作組正在對其他超子的極化作系統研究，尋找超子衰變中可能存在的CP破壞效應。